質問: 標準生成自由エネルギーについて 25°C,1atm下での3リットルの空気が満たされている容器に、水500mlを入れた。すぐにふたをして同じ温度に保った場合の容器内の圧力を求めよ。ただし、気体は理想気体であり、また溶解量は無視し、水と水蒸気の標準生成自由エネルギーはそれぞれ-237.13kj,-228.57kjとする。 自分の力では解けませんでした。誰か教えてください。お願いします。
回答: この問題は、水蒸気圧さえ求めれば、あとは高校化学の知識で解けます。 もし容器の中に空気がなければ、水蒸気圧pは、以下の3式を使うと求めることができます。 ただし標準圧力をpo、化学ポテンシャルすなわちモルギブスエネルギーをμとします。 (1) 液体の水の化学ポテンシャルは、常圧付近では圧力にほとんど依存しない: μ(水,t,p)≒μ(水,t,po) (2) 水蒸気は、理想気体として振る舞う: μ(水蒸気,t,p)=μ(水蒸気,t,po) + rt ln(p/po) (3) 水と水蒸気が平衡にある: μ(水,t,p)=μ(水蒸気,t,p) 空気があったとしても、水の飽和蒸気圧は温度が一定であれば全圧には依存しないと考えていいので、容器内の圧力は空気の圧力と上で求めた水蒸気圧の和になります。