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なぜ沸点を超えると沸騰が起こるのか

飽和蒸気圧とは蒸気の示す気圧であるのだが、蒸発の勢いも表している事は以前の記事でお話ししました。
今日はその蒸気圧が大気圧と等しくなった温度で沸騰が起こる理由をチョー簡単に説明します。

なぜ沸点を超えると沸騰が起きるのか。
沸騰は、飽和蒸気圧が大気圧と等しくなる温度で生じる液体内部からの蒸発である。
そういいますね。
これを、こんな仮想状況を考えて説明します。

もし、容器の底の方の水分子の中で特に運動エネルギーが大きい水分子がとても小さな気泡を作ったとします。
その気泡の中には水蒸気が入ってる。その水蒸気の圧力は50℃の水の飽和蒸気圧、およそ0.12気圧です。
この気体の入った泡は水面が空気の圧力=1気圧によって押されていますから、大気圧に負けて、すぐにしぼんでしまいます。
boil1

同じ状況を、こんどは100℃で考えます。
気泡の中の水蒸気の圧力は100℃の飽和水蒸気圧、すなわち1気圧です。とすると、これなら大気圧に押しつぶされることはありません。消えずに軽いから上に登ってきます。
boil2

というわけで、飽和蒸気圧が大気圧に負けないと、出来た気泡が消えないわけです。気泡が消えないと、気泡に向かって蒸発が起きて気泡は大きくなり続けます。段々上に行くにしたがって大きくなるのはそんな理由だったのですね。沸点間際のやかんの底を見ると、この気泡が大気圧に負けてしぼむ様子が見られます。

水の蒸留を僕は必ず実験室で見せるんですが、この蒸発や凝縮の起きている場所って分子の動きを観察できる場所な訳で、とても好きです。リービッヒの中で汗がどくどく出てきてるみたいでいつみても面白いです。







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