蒸気圧の計算方法

沸騰し始めている水の存在下にあるとき、あなたの主な安全上の懸念は、水の高温と逃げる蒸気のために火傷を負わない可能性が最も高いです。 しかし、あなたは蒸気について何か他のことに気づいたかもしれません、あるいはそのことについては、ガスの形のあらゆる種類の物質：それは封じ込められるのが好きではなく、逃げるためにしばしば非常に力強く「戦う」でしょう。 蒸気ボイラーの爆発を伴う事故の報告は、この脅威に耳を傾けました。

水または別の液体が沸騰すると、物理的には、相転移または液体から気体への状態変化が発生します。 言い換えれば、 蒸気圧 液体の量は、その上のガス、通常は地球の大気の量を超え始めています。 （「蒸気」はガスを意味する緩い用語です。たとえば、「水蒸気」はHです。₂気体状態のO。）

固体は直接気体状態に入ることができ、液体状態を完全に「バイパス」します。 昇華. この場合、相転移の根本的な理由は同じです。固体には独自の蒸気圧があり、特定の条件下では、この圧力の値が大気圧を超える可能性があります。 しかし、多くの場合、固体は液体に移行します。

地球上では、自然の条件下で、物質は固体、液体、気体の3つの状態のいずれかで存在します。 任意の1つの物質について、これらの相は、温度の上昇に反映される、物質の分子の平均運動エネルギーの連続的な増加を表します。 ただし、一部の物質は室温で気体として存在しますが、他の物質は液体であり、さらに他の物質は固体です。 これは、特定の熱エネルギー（熱）の入力によって、物質内でいくつかの分子がより簡単に分離された結果です。

すべての元素と分子は、0 K、または絶対零度（約–273°C）で固体として存在します。 非常に低温での物質の構造は、固体の結晶格子です。 温度が上昇すると、分子は効果的に所定の位置に固定され、十分に振動することができます 格子から離れるエネルギー、そしてこれが物質全体で起こるとき、物質は液体の中にあります 状態。

液体状態では、物質はその容器の形をとりますが、重力の範囲内です。 運動エネルギーがさらに増加すると、分子は逃げ始めます 気液界面 ガス状態に入ります。ガスの形状を制限するのは、高エネルギー分子の動きを制限するコンテナだけです。

室温で鍋の水を観察すると、はっきりしない場合がありますが、一部の水分子が飛び交っています 水面のほぼ上で、同じ（そして非常に小さい）数が同時に水相に戻ります 時間。 したがって、システムは平衡状態にあり、Hの最小限の脱出によって生成される蒸気圧

ご覧のとおり、液体状態の物質が異なれば、蒸気圧Pの特性レベルも異なります。_蒸気 室温で、この値は液体中の分子間の分子間力の性質に依存します。 たとえば、水素結合などの分子間力が弱い物質は、平衡Pのレベルが高くなります。_蒸気 分子が液体から壊れやすいからです。

ただし、熱の追加によって平衡状態が乱されると、液体の蒸気圧は大気圧（101.3キロパスカル、1気圧または762トル）に向かって上昇します。 蒸気圧の値が温度に依存しない場合、特に固有の蒸気圧値が高い液体（または固体）を沸騰または蒸発させることは困難です。

蒸気圧を大気圧のレベルまで上げるのに十分な熱が液体に加えられると、液体は沸騰し始めます。 追加する必要のある熱量は、物質の特性によって異なります。 しかし、物質が純水ではなく、固体物質が水などの液体に溶解した溶液である場合はどうなるでしょうか。

溶質の添加は、通常、沸騰点や融点（凝固点）など、液体の​​多くのパラメータに影響を及ぼします。 溶質濃度の影響を受けるパラメータは、束一性（「接続関連」）として知られています。 蒸気圧は溶質の添加によって低下し、これが発生する程度は、添加された溶質の量、そして最終的には溶質と溶媒のモル比に依存します。

• 蒸気圧を下げると、溶液の沸点までどのようになりますか？ 数学について考えると、液体はそれ自体の蒸気圧と大気圧の間に大きなギャップがあり、沸騰させるにはさらに熱を加える必要があることを意味します。 したがって、その沸点はある程度上昇します。

これらの状況で関心のある方程式は、以下に示されているように、次のように知られているものの形式です。 ラウールの法則：P_合計= ∑P_私バツ_私. ここでP_合計 は溶液全体の蒸気圧であり、右側は個々の蒸気圧との積の合計を表します。 モル分率 溶質と溶媒の。

水は至る所に存在する液体および溶媒であるため、その蒸気圧方程式を決定する要因をより詳細に調査する価値があります。

水にはPがあります_蒸気 0.031 atm、または大気圧の1/30未満。 これは、そのような単純な分子の比較的高い沸点を説明するのに役立ちます。 この低い値は、隣接する分子上の酸素原子と水素原子の間の水素結合によって説明されます（これらは分子間力であり、真の化学結合ではありません）。

室温（約25°C）から約60°Cに加熱すると、水の蒸気圧はわずかに上昇します。 その後、100°Cで1 atmの値に達する前に、より急激に上昇し始めます（定義による）。

さて、ラウールの法則が実際に機能しているのを見る時が来ました。 これらの問題に取り組むときは、いつでもPの値を調べることができることを知ってください_蒸気 特定の物質について。

溶液には1モル（mol）のHの混合物が含まれています₂O、2 molエタノール（C₂H₅OH）、および1 molアセトアルデヒド（CH₃CHO）293Kで。 この溶液の全蒸気圧はどれくらいですか？ 注意： これらの物質の室温での分圧は、それぞれ18トル、67.5トル、740トルです。

まず、方程式を設定します。 上から、あなたは持っています

P_合計 = P_ワットバツ_ワット + P_ethバツ_eth + P_エースバツ_エース

それぞれの物質のモル分率は、それぞれのモル数を溶液中の物質の総モル数で割ったもので、1 + 2 + 1 = 4です。 したがって、あなたはXを持っています_ワット = 1 / 4-0.25、X_eth = 2/4 = 0.5、およびX_エース = 1/4 = 0.25. （モル分率の合計は常に正確に1でなければならないことに注意してください。）これで、指定されたプラグを差し込む準備ができました。 個々の蒸気圧の値と混合物の全蒸気圧を解く 解決策：

P_合計 =（0.25）（18トル）+（0.5）（67.5トル）+（0.25）（740トル）= 223.25トル.