よぉ、桜木建二だ。標高3600m以上ある富士山山頂でお湯を沸かすと、87℃で沸騰してしまう。言わずと知れた豆知識。 また、圧力鍋でお湯を沸かすと逆に100℃を超えても沸騰しない。圧力鍋の中では「100℃以上の水」が存在できるわけだ。 【スタディZ】

洗濯物を干しておくと、冬でも乾きます。これは、水が水蒸気になって、空中に逃げていくからです。冬、風呂場は湯気がもうもうとしていますが湯気は水蒸気ではなく水蒸気が冷えて、小さな水滴になったものです。水蒸気は、空気などと同じように、無色透明の気体なのです。液体がその表面から気体になることを蒸発と言います。しかし、日光をあてたり、火であぶると早く乾くように温度が高いほど蒸発はさかんです。また、風のある日には、風が水蒸気を吹き飛ばし、蒸発がさかんになります。水が、ぐらぐら煮えたっているときは、水の表面からの蒸発だけでなく水の中に水蒸気の泡ができて浮き上がっていきます。この現象を、沸騰と言います。水の中には、目に見えない小さな空気の泡がふくまれていますが水が熱せられると、蒸発がさかんになって、小さな空気の泡の中にも蒸気が増え泡をふくらませるので泡が浮き上がるのです。つぎに、小さなガラス玉やガラスのかけらを水の中に入れるとますますさかんに沸騰するようになります。このガラスの玉やかけらなどのことを沸騰核と言います。水の表面からの蒸発はどんな温度でも起こりますが、沸騰が起こる温度は決まっています。この温度のことを、沸点といいます。この熱を気化熱と言います。水の沸点は、水の面に一気圧の圧力が加わっているときに、100℃なのです。沸騰が起こるのは、水中に水蒸気がたくさんでき、大きな泡をつくるためですが泡の水蒸気の圧力が小さければ、水の表面の圧力のために、泡は押し潰されてしまいます。それで、ある温度にならないと、沸騰は起こらないのです。ところが富士山のような高い山の上には水の表面に加わる気圧が小さいので水中の泡をつぶす力が小さくなるので低い温度でも沸騰が起こります。そのため、それ以上温度が上がらないので、米がよく炊けなかったりします。反対に、水の表面に圧力をくわえれば沸点は高くなります。熱すると、水蒸気が逃げないので水の表面に蒸気の圧力が加わり100℃になっても、沸騰が起こらないのです。圧力がまや圧力なべには、安全弁というものがついています。水を水蒸気にすると、とても大きな体積になります。空気1グラムの体積は、100℃1気圧で約1000立方センチなので、同じ体積の水蒸気は空気よりも軽く、水蒸気は、空中へどんどんのぼっていきます。このように液体が気体になると、体積が非常に増えます。注射器に、メチルアルコールを少し吸い込み、空気を追い出します。注射器の底を水につけ、水の温度を上げていくと注射器の中のアルコールが蒸発して、ピストンは、ぐんぐん押し出されます。ピストンが飛び出さないうちに取り出して冷たい水で冷やすとピストンは中に入っていき、もとにもどります。 2．物質の状態と温度・圧力の関係を示した図を何といいますか？ 3．蒸発とはどのような現象ですか？ 4．気体と液体が互いに移り変わる量が単位時間内で等しい状態を何といいますか？ 5．気液平衡が成り立つとき，蒸気の示す圧力を何といいますか？

「物質の三態」の単元に出てくる「沸騰」というキーワード。問題を解くときに必要な「沸点」は、沸騰している液体の温度です。 私たちは、お湯を沸かすなどして、日常的に水の沸騰をよく目にします。そもそも「沸騰」ってなんでしょうか。「蒸発」とどう違うのでしょう。 圧力は沸点に関係しますが、蒸発量(速度)には関係しません。 仮に真空ポンプで負圧を一定にしたとして、蒸発が始まればどんどん液温は下がります。 そして最終的に沸騰が止まります。 ここで、液を温めると再び沸騰が始まります。 ちなみに 水の蒸発は、沸騰とは違い水の温度に関係なく起こります 。 食器を洗ったあとや洗濯物を干したあとにそれをしばらく放置してみると、 何もしなくても水が乾いていますよね（場合によっては乾きにくいこともありますが）。 蒸気圧（じょうきあつ、英語: vapor pressure ）、あるいは平衡蒸気圧（へいこうじょうきあつ、英語: equilibrium vapor pressure ）とは、液相あるいは固相にある物質と相平衡になるような、その物質の気相の圧力のことである。 蒸気圧は物質に特有の物性値であり、温度に依存して決まる。 蒸発と沸騰洗濯物を干しておくと、冬でも乾きます。また、やかんに水を入れて火にかけておくと、しまいには水が全部なくなってしまいます。これは、水が水蒸気になって、空中に逃げていくからです。冬、風呂場は湯気がもうもうとしていますが湯気は水蒸気では 「物質の三態」の単元に出てくる「沸騰」というキーワード。問題を解くときに必要な「沸点」は、沸騰している液体の温度です。　私たちは、お湯を沸かすなどして、日常的に水の沸騰をよく目にします。そもそも「沸騰」ってなんでしょうか。「蒸発」とどう違うのでしょう。　結論から言うと「　また、水が沸騰している時は、熱をどんなに加えてもその水の温度はそれ以上、上がりません。なぜでしょう。　こちらは、問題「状態変化と熱量」によく出題されます。沸騰している水では、何が起こっているのでしょうか。　「沸騰」をキーワードに、「物質の三態」の単元の問題に必要な内容を詳しく見ていきましょう。   　私たちに欠かせない、身近な物質である水には、固体の氷、液体の水、気体の水蒸気の状態があり、これを三態と呼びます。その三態変化は下図のように呼ばれます。 　　私達の身の回りでは、水は温度が上がるごとに　　氷(固体) → 水(液体) → 水蒸気(気体)　と変化しています。※ 　ここで、物質をミクロの視点で考えてみます。　この世界は、原子と呼ばれる粒子からできています。　　例えば、水つまりＨ 　そして、「粒子はその温度にあった熱運動を行い、温度が上昇すると熱運動は激しくなる」　　　　　「粒子は互いに引き合っている」　の２つが同時に起こり、三態が決まっています。 　固体である氷では、互いに粒子は引き付け合って整然と並び、その場で振動しています。　液体である水は、互いに粒子は引き合ってはいますが、自由にその位置を変えることができます。　気体の水蒸気は、熱運動が大きすぎるために、互いにあまり引き合わず、空間を飛び回っています 　　　氷は授業中　　　　みんな席についている状態。その場では動くこともありますが、大きくは動きません。　　　水は休み時間　　　　多くの人は自由に席を離れ、場所が入れ替わったりしています　　　水蒸気は放課後　　　　それぞれが、教室から離れ、帰宅したり部活に移動したりしています。 　実際には、これら粒子は互いに衝突しあい、粒子ごとに運動量が変化します。　温度によって、粒子の熱運動の激しさは変わります。 　粒子の熱運動が停止した状態、この時の温度が「 　突然ですがここで問題です。　Ｑ．水が蒸発する温度は、何度でしょうか？・・・１００℃　と答えてしまいそうですね。じつは　Ａ．決まった温度はない。　が正解です。 　寒い冬でも、洗濯物は乾きます。干した洗濯物が１００℃になって乾いている。なんてナンセンスです。水の沸騰する温度は決まっていますが、水は、どんな温度でも蒸発し、気体になります。 　熱運動で考えると、水分子が互いに衝突しあい、大きな熱運動を持った水分子が、水面から飛び出し気体となる。これが蒸発です。　外部からのエネルギー、つまり接している物質の熱運動によって、水分子の熱運動が大きくなる場合もあります。ビーカーや鍋などで水を加熱する場合、加熱された底面(ガラスやスチール)粒子の熱運動(振動)が水の熱運動を大きくし、そこで蒸発が起こります。底面から泡となった水蒸気が浮き上がるこの現象はよく目にされていますね。固体からだけでなく、気体粒子によって、熱運動が大きくなる場合ももちろんあります。 　沸騰は水である液体の内部でも、気体となる十分な熱運動をもった水分子が水から水蒸気となる、つまり蒸発が起こっている状態です。 　※氷でも昇華が起こります。冷凍室の氷がしばらく使わないでいると、小さくなったのを見たことがありませんか？また、冷凍室の霜を見たことがあると思います。氷の表面の水分子が気体に衝突され熱運動が大きくなり、氷から離れて気体の水蒸気へ。逆に、水蒸気が壁面に衝突したときに熱運動を失い、そこで固体の氷(霜)となっているのです。  　物質が沸騰する温度を「沸点」と呼びます。なお、融解する温度は「融点」です。　これらの温度は、純物質で一定となっています。 　ここでまた、もうひとつ問題です。　Ｑ．水の沸点は、何度でしょうか？・・・こんどこそ１００℃　でしょうか。　正確には　Ａ．１気圧(1atm:1013hPa)のもとで１００℃　　が正解です。　気体の水蒸気の圧力を、水蒸気圧と呼びます。また、地上の大気がもつ圧力を、大気圧と呼び、その大きさは１気圧(1atm:1013hPa)です。また、水面にかかる大気圧は、水の内部の圧力、水圧に加算されてます。水深によって水圧は大きくなりますが、ここでは便宜上水中での圧力は水面の圧力、つまり大気圧と同じとします。　いま、ある水の粒子、つまり水分子が大きな熱運動をもち、液体内部で気体になった(蒸発した)とします。このとき、「水蒸気圧」が、「大気圧(＝水圧)」よりも小さければ、その気体は押し潰されてしまいます。つまり、この状況では蒸発できないことになります。　つまり、水の内部で蒸発するためには、その水蒸気圧が、その時の大気圧と等しくなる必要があります。よって、水蒸気圧が大気圧に達したとき、沸騰が起こるといえるのです。「水分子は１００℃　で１気圧(1atm:1013hPa)の水蒸気圧となる」のです。　そのため気圧が低い山頂では沸点が下がります。富士山山頂では87～88℃、世界最高峰エベレストでは70℃ほどとなります。圧力鍋は内部の圧力を上げることで、沸点が120℃となり高温での調理を可能にしています。 　強力な真空ポンプを用い、水の周りの空気を抜いていくと、大気圧が下がることで常温で沸騰が起こり始めます。そのままにしておくと、蒸発にともなって気化熱が奪われ、水温が低下し、最後には凍りつきながら沸騰し、液体が完全になくなるまで沸騰は続きます。 　　水が蒸発するときには、蒸発熱(気化熱ともいう)が必要となります(水では40.8kJ/mol)。水が沸騰しているときに加えられた熱は、蒸発熱として、つまり水分子が引き合う力を振り切るエネルギーに利用されています。 　同様に、融解しているとき、加熱しても水温が一定(０℃)となるのは、そのエネルギーが氷から水に変わる状態変化にすべて利用されているからです。氷が入っている飲み物が、氷がなくなった途端にぬるく感じたことがあると思います。外からの熱が、氷を融解させるためだけに使われていたのが、氷がなくなった途端、飲み物の温度を上げ始めてしまうためです。 1) 固体から液体への変化をなんと呼ぶか。また、液体から固体への変化は何か。2) 液体から気体への変化をなんと呼ぶか。また、気体から液体への変化は何か。3) 水蒸気圧とは何か。4) 沸騰とは、どんな現象か。5) 20℃の水を一様に加熱したとき、ある温度になったとき、加熱しても温度が上昇しなくなる。この時の温度をなんと呼ぶか。 6) 上の5)のとき、温度が上昇しない理由を説明せよ。 　身近な現象である沸騰。お湯を沸かす時などに、水分子の振る舞いや、大気圧との関係などをイメージしてみると面白いかもしれません。そんなふうに、物事を化学の目で捉える癖をつけていきましょう。化学への興味が深まります。

また、学生時代に食い入るように読書して得た知識から、日本史や現代社会の一部の分野は詳しい。おすすめの記事Related Posts さらに、圧力を減らした場合では、気体の分子の密度が低くなるため、蒸発した水蒸気分子との衝突が減り、スムーズに移動しやすくなるともいえます。よって、圧力を下げることによっても、温度を上げると同様に蒸発速度を高めることができるのです。