質問: 飽和蒸気圧で・・・ 質問です。 「飽和蒸気圧が大気圧と等しくなると、液体内部に蒸気の微小な気泡が生じても それがつぶされずに成長し、大きな気泡となって大気中に飛び出すようになる。 これが沸騰と言う現象である。」 と教科書に書いてありますが、ちょっと引っかかるところがあります。 それは・・・ 飽和蒸気圧って、気圧平衡であるときの蒸気の示す圧力なんですよね?? 気圧平衡って、見かけ上、凝縮も蒸発も起こらない状態なんでよね?? なんかおかしいような気がするんですが・・・
回答: 飽和蒸気圧は平衡状態が実現しているときの圧力です。 沸騰現象は平衡が実現していないからこそ起こる現象です。 この食い違いに対しての質問ですね。 これまでの回答には「100°Cでは沸騰は起こらない」と書かれています。ならどうやって沸点が100°Cと決まったのかが問題になります。沸騰の実現と沸点の決定とは別のことだと考えるほうがいいでしょう。飽和蒸気圧の測定は平衡状態で行われます。その値が1気圧になる時の温度を沸点とするのであれば沸騰現象の起こっているところに温度計を突っ込んで沸点を測るよりも精度の高い決定が出来ます。 物性定数の1つとしての沸点は平衡を前提としたものでないと精度がでてきません。温度の測定も平衡状態が前提です。 沸騰現象が実際に起こっている場合の温度がこのようにして決めた沸点とどれだけ異なるかは実験条件によって変化するでしょう。 泡の内部の蒸気の圧力が(液体上面に掛かる圧力+液圧)を越えなければいけないと言うのは力学的な要請です。いつも成り立っています。 液体上面に接している蒸気の圧力が飽和蒸気圧であるとは限りません。泡の内部の蒸気圧は飽和蒸気圧としていいでしょう。液体の温度をt°Cとすればt°Cの飽和蒸気圧です。この飽和蒸気圧が(液体上面に掛かる圧力+液圧)を越えているはずです。 質問文中の >「飽和蒸気圧が大気圧を越えると、液体内部に蒸気の微小な気泡が生じてもそれがつぶされずに成長し、大きな気泡となって大気中に飛び出すようになる。これが沸騰と言う現象である。」 と書かれている内容はこのことに対応します。(#3にある指摘にしたがって「等しい」を「越えると」に書き直しています。) 液圧の部分は深さを浅くすれば影響を小さく出来ます。でも10cmの水で0.01気圧の影響がでますからこれくらいの幅は見込まないといけないことになります。 液体上面に掛かる圧力を一定に保つのも難しいです。生じた蒸気がたまれば圧力は上昇します。加熱によって空気の温度も上がります。 液体の全体を一様な温度にコントロールするのも難しいです。 実際の沸騰での沸点の測定では精度を出すのが難しいはずです。 生じた蒸気がたまるように容器を密閉すれば沸騰は起こらなくなります。