状態変化と蒸気圧
20分 Part 2 / Ch3 / Lesson 4
前提レッスン: 2-3-1
到達目標
- 物質の三態と状態変化を粒子モデルで説明できる
- 蒸気圧と沸点の関係を理解する
- 状態図の読み方を知る
物質の三態
物質は固体・液体・気体の三態をとり、温度と圧力によって状態が決まります。
| 状態変化 | 名称 | エネルギー |
|---|---|---|
| 固体 → 液体 | 融解 | 吸熱 |
| 液体 → 気体 | 蒸発(気化) | 吸熱 |
| 固体 → 気体 | 昇華 | 吸熱 |
| 気体 → 液体 | 凝縮 | 発熱 |
| 液体 → 固体 | 凝固 | 発熱 |
| 気体 → 固体 | 昇華(凝華) | 発熱 |
加熱曲線: 純物質を一定の速さで加熱すると、融点・沸点で温度が一定になる区間が現れます（潜熱が吸収されるため）。
蒸気圧
密閉容器中で液体が蒸発すると、やがて蒸発速度 = 凝縮速度となり気液平衡に達します。
このときの気体の圧力が飽和蒸気圧（蒸気圧）です。
- 温度が上がると蒸気圧は増加
- 沸点 = 蒸気圧が外圧（大気圧）と等しくなる温度
- 高地（低気圧）では沸点が下がる
状態図（相図）
状態図では:
- 三重点: 固体・液体・気体が共存する点
- 臨界点: これ以上の温度では液体と気体の区別がなくなる
- 曲線上 = 2つの相が共存する境界
- 水の特異性: 固体→液体の境界線が左に傾く（氷は水より密度が低い）
確認クイズ
Q1 沸点とは蒸気圧が何と等しくなる温度か?
Q2 加熱曲線で温度が一定になる区間は何を示すか?
Q3 状態図の三重点とは?
演習
問1. 富士山の山頂（気圧約 0.63 atm）で水の沸点が 100℃ より低くなる理由を説明せよ。
解答・解説
沸騰は蒸気圧が外圧（大気圧）と等しくなったときに起こります。
富士山頂では大気圧が 0.63 atm と低いため、蒸気圧が 0.63 atm に達する温度（約 87℃）で沸騰が始まります。
つまり、外圧が低いほど、より低い温度で蒸気圧が外圧に達するため、沸点が下がります。