高校化学 · PARTICLES / HEAT / PRESSURE

物質の三態と状態変化

粒子の動きから、温度・熱量・蒸気圧の関係を考えよう。

同じ粒子が、違う動き方をする

物質を構成する粒子表示粒子数:60個(どの状態でも同じ)
選択した状態固体
絶対温度
熱運動の目安

三態を比較する

状態粒子の間隔・動き形体積
固体近く、平衡位置の周囲で振動ほぼ一定ほぼ一定
液体近く、不規則に位置を変える容器に合わせて変わるほぼ一定
気体離れて自由に移動する容器に合わせて変わる容器全体に広がる

固体の図は結晶の代表的な模式図です。非晶質の固体もあります。水のように固体の方が液体より粒子間隔が大きい例もあります。

氷から水蒸気へ — 熱量で追う状態変化

固体(氷)液体(水)気体(水蒸気)

各枠は状態ごとの表示領域で、実際の容器の体積を表していません。割合は質量を基準に計算しています。

現在の温度
−20℃の氷からの正味熱量
現在の状態

加熱曲線 純水・標準大気圧 101.325 kPa

横軸は−20℃の氷を基準にした正味の熱量Qです。冷却時も同じ曲線を逆向きにたどります。理想化した一定圧力の過程で、過冷却・過熱・熱損失は扱いません。

蒸発と凝縮は、平衡でも続いている

液体水蒸気蒸発中凝縮中
飽和蒸気圧 pₛₐₜ
現在の水蒸気の分圧
平衡への進行
蒸発速度(相対値)
凝縮速度(相対値)

水の飽和蒸気圧と温度

飽和蒸気圧外圧・沸点の交点現在の温度

IAPWS SR1-86(1992) の飽和蒸気圧式を使用。式の対象は三重点~臨界点(約0.01~373.946℃)。本教材のグラフ範囲は0.01~150℃です。蒸気圧の単位はkPa。