圧力が低下すると沸騰温度はどうなりますか?

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著者: Monica Porter
作成日: 13 行進 2021
更新日: 18 11月 2024
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【化学】減圧下での水の沸騰(実験編)
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周囲の空気圧が低下すると、液体を沸騰させるのに必要な温度も低下します。たとえば、水が低温で沸騰するため、高地での食品の製造には時間がかかります。水の熱は少ないので、適切な調理にはより多くの時間が必要です。圧力と温度の関係は、蒸気圧と呼ばれる特性によって説明されます。蒸気圧とは、液体から分子がどれだけ容易に蒸発するかの尺度です。

TL; DR(長すぎる;読まなかった)

周囲温度が上昇すると、沸騰温度も上昇します。周囲温度が上昇すると、蒸気が液体から逃げにくくなり、沸騰するにはより多くのエネルギーが必要になるためです。

蒸気圧

物質の蒸気圧は、特定の温度で物質の容器にかかる蒸気の圧力です。これは液体と固体の両方に当てはまります。たとえば、コンテナに半分水を入れ、空気を排出して、コンテナを密閉します。水は真空に蒸発して、圧力をかける蒸気を生成します。室温では、蒸気圧は0.03気圧または1平方インチあたり0.441ポンドです。温度が上昇すると、圧力も上昇します。

良い(分子)振動

ゼロケルビンを超える温度では、物質内の分子はランダムな方向に振動します。温度が上昇すると、分子はより速く振動します。ただし、すべての分子が同じ速度で振動するわけではありません。ゆっくり動くものもあれば非常に速いものもあります。最速の分子が物体の表面に到達した場合、周囲の空間に逃げるのに十分なエネルギーがある可能性があります。物質から蒸発するのはこれらの分子です。温度が上昇すると、より多くの分子が物質から蒸発するエネルギーを持ち、蒸気圧が上昇します。

蒸気および大気圧

真空が物質を囲む場合、表面を離れる分子は抵抗を満たさず、蒸気を生成します。ただし、物質が空気に囲まれている場合、分子が蒸発するためには、蒸気圧が大気圧を超える必要があります。蒸気圧が大気圧よりも低い場合、離れる分子は空気分子との衝突により物質に強制的に戻されます。

沸騰作用と圧力低下

最もエネルギーの高い分子が蒸気の泡を形成すると、液体が沸騰します。ただし、十分に高い空気圧下では、液体は熱くなりますが、沸騰または蒸発しません。周囲の空気の圧力が低下すると、沸騰する液体から蒸発する分子は、空気分子からの抵抗が少なくなり、空気に入りやすくなります。蒸気圧を下げることができるため、液体を沸騰させるのに必要な温度も下がります。