沸点
物質の沸点とは、液体の蒸気圧が液体の周囲の圧力と等しくなり[1] [2]、液体が蒸気に変化する温度である。
液体の沸点は周囲の圧力によって変化します。部分真空、つまり低圧下にある液体は、大気圧下にある液体よりも沸点が低くなります。そのため、水は海面の標準気圧下では100℃（科学的には99.97℃（211.95℉））で沸騰しますが、高度1,905メートル（6,250フィート） [3]では93.4℃（200.1℉）で沸騰します。同じ圧力でも、液体によって沸騰する温度は異なります。
液体の標準沸点（大気圧沸点または大気圧沸点とも呼ばれる）は、液体の蒸気圧が海面における定義された大気圧（1気圧）に等しい特殊なケースである。[4] [5] この温度では、液体の蒸気圧が大気圧を克服するのに十分になり、液体内部に蒸気の泡が形成される。標準沸点は、 1982年以来、 IUPACによって1バールの圧力下で沸騰が起こる温度として定義されている。[6]
気化熱とは、与えられた量（モル、kg、ポンドなど）の物質を与えられた圧力（多くの場合大気圧）で液体から気体に変換するために必要なエネルギーです。
液体は、沸点より低い温度で蒸発という過程を経て蒸気に変化します。蒸発とは、液体の端に近い位置にある分子が、その側の液体圧力によって閉じ込められなくなり、蒸気として周囲に逃げ出す表面現象です。一方、沸騰とは、液体中のあらゆる場所にある分子が逃げ出し、液体内に蒸気泡を形成する過程です。
飽和温度と圧力
飽和液体は、沸騰することなく可能な限り多くの熱エネルギーを含みます（または逆に、飽和蒸気は、凝縮することなく可能な限り少ない熱エネルギーを含みます）。
飽和温度とは、沸点のことです。飽和温度とは、対応する飽和圧力において、液体が沸騰して蒸気相に変化する温度です。液体は熱エネルギーで飽和していると言えます。熱エネルギーが加えられると、相転移が起こります。
系内の圧力が一定（等圧）である場合、飽和温度にある蒸気は熱エネルギー（熱）が除去されると液相へと凝縮し始めます。同様に、飽和温度と圧力にある液体は、追加の熱エネルギーが加えられると沸騰して気相へと変化します。
沸点は、液体の蒸気圧が周囲の環境圧力と等しくなる温度に相当します。したがって、沸点は圧力に依存します。沸点は、米国NIST（国立標準技術研究所）の 標準圧力101.325 kPa（1 atm）またはIUPACの標準圧力100.000 kPa（1 bar）を基準として公表される場合があります。標高の高い場所では、大気圧がはるかに低いため、沸点も低くなります。沸点は、圧力の上昇に伴い、気体と液体の特性が同一になる臨界点まで上昇します。臨界点を超えて沸点を上げることはできません。同様に、圧力の減少に伴い、沸点は三重点に達するまで低下します。三重点より下に沸点を下げることはできません。
ある温度における液体の蒸発熱と蒸気圧が分かっている場合、クラウジウス・クラペイロンの式を使用して沸点を計算できます。
どこ：
- 関心のある圧力における沸点である。
- は理想気体定数であり、
- 液体の蒸気圧である。
- 対応する圧力が既知である（通常、1気圧または100 kPa（1 bar）のデータが利用可能）
- 液体の蒸発熱である。
- 沸点です。
- は自然対数です。
飽和圧力とは、液体が沸騰して蒸気相となる飽和温度における圧力です。飽和圧力と飽和温度は直接的な関係があり、飽和圧力が上昇すると飽和温度も上昇します。
システム内の温度が一定（等温システム）の場合、飽和圧力と飽和温度にある蒸気は、システム圧力の上昇に伴い、凝縮して液相になります。同様に、飽和圧力と飽和温度にある液体は、システム圧力の低下に伴い、蒸発して蒸気相になる傾向があります。
水の標準沸点に関しては、2 つの慣例があります。標準沸点は、通常、1 気圧 (101.325 kPa) の圧力で 100 ° C (212 °F ) (ケルビンに基づく摂氏温度の熱力学的定義に従うと、実際は 99.97 °C (211.9 °F))とされます。IUPAC が推奨する標準圧力 100 kPa (1 bar) [7]での水の標準沸点は99.61 °C (211.3 °F) です。[6] [8]比較すると、エベレスト山頂の標高8,848 m (29,029 ft ) では、圧力は約 34 kPa (255 Torr ) [9]で、水の沸点は 71 °C (160 °F) です。[10]摂氏温度目盛りは1954年まで2つの点で定義されていました。0℃は水の凝固点によって定義され、100℃は標準大気圧における水の沸点によって定義されていました。
液体の標準沸点と蒸気圧の関係
特定の温度における液体の蒸気圧が高いほど、その液体の標準沸点（つまり大気圧での沸点）は低くなります。
右の蒸気圧チャートには、様々な液体の蒸気圧と温度の関係を示すグラフがあります。[11]このチャートからわかるように、蒸気圧が最も高い液体は標準沸点が最も低くなります。
例えば、塩化メチルは、どの温度においても、グラフ中の液体の中で最も高い蒸気圧を持ちます。また、標準沸点（-24.2℃）も最も低く、これは塩化メチルの蒸気圧曲線（青線）が1気圧（atm）の絶対蒸気圧の水平圧力線と交差する点です。
液体の臨界点とは、実際に沸騰する最高温度（および最高圧力）のことです。
水の蒸気圧も参照してください。
化学元素の沸点
沸点が最も低い元素はヘリウムです。レニウムとタングステンの沸点は標準圧力で5000 Kを超えます。極端な温度をバイアスなく正確に測定することは困難であるため、文献ではどちらも沸点が高いと記載されています。[12]
純粋な化合物の基準特性としての沸点
任意の純粋化合物の蒸気圧と温度の対数をプロットした上記のグラフからわかるように、その標準沸点は、その化合物の全体的な揮発性の指標として利用できます。 特定の純粋化合物には、標準沸点が 1 つだけあります (存在する場合)。化合物の標準沸点と融点は、参考書に記載されているその化合物の特徴的な物理的特性として利用できます。 化合物の標準沸点が高いほど、その化合物は全体的に揮発性が低くなり、逆に、化合物の標準沸点が低いほど、その化合物は全体的に揮発性が高くなります。 一部の化合物は、標準沸点、または場合によっては融点に達する前に、より高い温度で分解します。 安定した化合物の場合、沸点は外部圧力に応じて、三重点から臨界点までの範囲になります。 三重点を超えると、化合物の標準沸点 (存在する場合) は融点よりも高くなります。 臨界点を超えると、化合物の液体相と蒸気相が 1 つの相に融合し、過熱ガスと呼ばれることがあります。任意の温度において、化合物の標準沸点が低い場合、その化合物は一般に大気圧下で気体として存在します。化合物の標準沸点が高い場合、その化合物は所定の温度、大気圧下で液体または固体として存在することができ、その蒸気（揮発性の場合）が封じ込められている限り、その蒸気と平衡状態を保ちます。化合物の蒸気が封じ込められていない場合、一部の揮発性化合物は、高い沸点にもかかわらず、最終的には蒸発する可能性があります。
一般に、イオン結合を持つ化合物は、高温に達する前に分解しない限り、標準沸点は高くなります。多くの金属は沸点が高いですが、すべてではありません。ごく一般的に、他の要因が同じであれば、共有結合した分子を持つ化合物では、分子のサイズ（または分子量）が増加するにつれて、標準沸点は上昇します。分子のサイズが高分子、ポリマー、またはその他の非常に大きな分子のサイズになると、化合物は沸点に達する前に高温で分解することがよくあります。化合物の標準沸点に影響を与えるもう1つの要因は、分子の極性です。化合物の分子の極性が高くなると、他の要因が同じであれば、標準沸点は上昇します。密接に関連しているのは、分子が（液体状態で）水素結合を形成する能力です。これにより、分子が液体状態から離れにくくなり、化合物の標準沸点が上昇します。単純なカルボン酸は、分子間で水素結合を形成することで二量体になります。沸点に影響を与える小さな要因として、分子の形状があります。分子の形状をよりコンパクトにすると、表面積が大きい同等の分子に比べて標準沸点がわずかに下がる傾向があります。
| 通称 | n-ブタン | イソブタン |
|---|---|---|
| IUPAC名 | ブタン | 2-メチルプロパン |
| 分子 形態 |  |  |
| 沸点 （℃） | −0.5 | −11.7 |
| 通称 | n-ペンタン | イソペンタン | ネオペンタン |
|---|---|---|---|
| IUPAC名 | ペンタン | 2-メチルブタン | 2,2-ジメチルプロパン |
| 分子 形態 |  |  |  |
| 沸点 （℃） | 36.0 | 27.7 | 9.5 |
ほとんどの揮発性化合物（常温付近）は、固体から加熱される過程で中間の液体相を経て、最終的に気体相へと変化します。沸騰と比較すると、昇華は固体が直接蒸気に変化する物理的変化であり、大気圧下の二酸化炭素など、限られた特定のケースでのみ発生します。このような化合物の場合、昇華点とは、固体が直接蒸気に変化する際の蒸気圧が外圧に等しくなる温度です。
不純物と混合物
前のセクションでは、純粋な化合物の沸点について説明しました。物質の蒸気圧と沸点は、溶解した不純物（溶質）やその他の混和性化合物の存在によって影響を受ける可能性があり、影響の程度は不純物やその他の化合物の濃度によって異なります。主成分化合物よりも揮発性がはるかに低い塩や化合物などの不揮発性不純物が存在すると、そのモル分率と溶液の揮発性が低下し、その結果、標準沸点が溶質の濃度に比例して上昇します。この効果は沸点上昇と呼ばれます。一般的な例として、塩水は純水よりも高い温度で沸騰します。
混和性化合物（成分）の混合物には、揮発性の異なる2つ以上の成分が含まれる場合があり、それぞれの成分は任意の圧力において独自の純成分沸点を持ちます。混合物中に他の揮発性成分が存在すると、蒸気圧が影響を受け、ひいては混合物中の全成分の沸点と露点が影響を受けます。露点とは、蒸気が凝縮して液体になる温度です。さらに、ほとんどの場合、任意の温度において、蒸気の組成は液体の組成とは異なります。混合物中の揮発性成分間のこれらの影響を示すために、沸点図が一般的に使用されます。蒸留は、液相と気相の組成の違いを利用した沸騰と（通常は）凝縮のプロセスです。
標高による水の沸点
以下は、標高による水の沸点の変化を示す表です。人間の居住範囲（死海の -430.5 メートル (-1,412 フィート) からペルーのラ・リンコナダの5,100 メートル (16,700 フィート)）では 500 メートル間隔、無人の地表高度の追加範囲（エベレストの 8,849 メートル (29,032 フィート) まで）では 1,000 メートル間隔で変化しています。また、帝国単位の同様の範囲も示されています。
| 標高 （メートル） | 沸点 （℃） | 標高 （フィート） | 沸点 （°F） | |
|---|---|---|---|---|
| −500 | 101.6 | −1,500 | 214.7 | |
| 0 | 100.0 | 0 | 212.0 | |
| 500 | 98.4 | 1,500 | 209.3 | |
| 1,000 | 96.7 | 3,000 | 206.6 | |
| 1,500 | 95.1 | 4,500 | 203.9 | |
| 2,000 | 93.4 | 6,000 | 201.1 | |
| 2,500 | 91.7 | 7,500 | 198.3 | |
| 3,000 | 90.0 | 9,000 | 195.5 | |
| 3,500 | 88.2 | 10,500 | 192.6 | |
| 4,000 | 86.4 | 1万2000 | 189.8 | |
| 4,500 | 84.6 | 13,500 | 186.8 | |
| 5,000 | 82.8 | 15,000 | 183.9 | |
| 6,000 | 79.1 | 16,500 | 180.9 | |
| 7,000 | 75.3 | 2万 | 173.8 | |
| 8,000 | 71.4 | 23,000 | 167.5 | |
| 9,000 | 67.4 | 2万6000 | 161.1 | |
| 29,000 | 154.6 |
要素テーブル
| グループ → | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ↓ 期間 | |||||||||||||||||||||
| 1 | H2 20.271 K (-252.879 °C) | 彼4.222 K (-268.928 °C) | |||||||||||||||||||
| 2 | 李1603 K (1330 °C) | なれ2742 K (2469 °C) | B4200 K (3927 °C) | C3915 K (サブリットル) (3642 °C) | N2 77.355 K (-195.795 °C) | O 2 90.188 K (-182.962 °C) | F2 85.03 K (-188.11 °C) | ね27.104 K (-246.046 °C) | |||||||||||||
| 3 | ナ1156.090 K (882.940 °C) | マグネシウム1363 K (1091 °C) | アル2743 K (2470 °C) | シ3538 K (3265 °C) | P553.7 K (280.5 °C) | S717.8 K (444.6 °C) | Cl 2239.11 K (-34.04 °C) | アル87.302 K (-185.848 °C) | |||||||||||||
| 4 | K1032 K (759 °C) | カルシウム1757 K (1484 °C) | Sc3109 K (2836 °C) | ティ3560 K (3287 °C) | V3680 K (3407 °C) | Cr2945.15 K (2672.0 °C) | マン2334 K (2061 °C) | 鉄3134 K (2861 °C) | 共同3200 K (2927 °C) | ニ3003 K (2730 °C) | 銅2835 K (2562 °C) | 亜鉛1180 K (907 °C) | ガ2673 K (2400 °C) | ゲ3106 K (2833 °C) | として887 K (サブリットル) (615 °C) | セ958 K (685 °C) | Br 2332.0 K (58.8 °C) | クル119.735 K (-153.415 °C) | |||
| 5 | Rb961 K (688 °C) | シニア1650 K (1377 °C) | はい3203 K (2930 °C) | Zr4650 K (4377 °C) | 注記5017 K (4744 °C) | モ4912 K (4639 °C) | TC4538 K (4265 °C) | ル4423 K (4150 °C) | ロジウム3968 K (3695 °C) | パッド3236 K (2963 °C) | 農業2483 K (2210 °C) | CD1040 K (767 °C) | で2345 K (2072 °C) | スン2875 K (2602 °C) | SB1908 K (1635 °C) | テ1261 K (988 °C) | 私2 457.4 K (184.3 °C) | ゼー165.051 K (-108.099 °C) | |||
| 6 | Cs944 K (671 °C) | バ2118 K (1845 °C) |  | ルー3675 K (3402 °C) | HF4876 K (4603 °C) | タ5731 K (5458 °C) | W6203 K (5930 °C) | 再5900.15 K (5627.0 °C) | オス5285 K (5012 °C) | イル4403 K (4130 °C) | Pt4098 K (3825 °C) | オー3243 K (2970 °C) | 水銀629.88 K (356.73 °C) | テル1746 K (1473 °C) | 鉛2022 K (1749 °C) | バイ1837 K (1564 °C) | ポー1235 K (962 °C) | 2時503±3 K (230±3 °C) | ルン211.5 K (-61.7 °C) | ||
| 7 | 神父950 K (677 °C) | ラ2010 K (1737 °C) | .svg/1280px-Asterisks_2_(vertical).svg.png){kind=small} | 左 | 無線周波数5800 K (5500 °C) | デシベル | SG | Bh | Hs | マウント | Ds | RG | CN340±10 K (67±10 °C) | んん1430 K (1130 °C) | フロリダ州380 K (107 °C) | マック約1400 K （約1100 °C） | レベル1035～1135 K (762～862 °C) | Ts883 K (610 °C) | オグ450±10 K (177±10 °C) | ||
| ラ3737 K (3464 °C) | セ3716 K (3443 °C) | 広報3403 K (3130 °C) | ンド3347 K (3074 °C) | 午後3273 K (3000 °C) | 小2173 K (1900 °C) | 欧州連合1802 K (1529 °C) | 神様3546 K (3273 °C) | 結核3396 K (3123 °C) | ダイ2840 K (2567 °C) | ホー2873 K (2600 °C) | えー3141 K (2868 °C) | TM2223 K (1950 °C) | Yb1469 K (1196 °C) | |||||||
| アク3471 K (3198 °C) | Th5061 K (4788 °C) | パ4300 K (4027 °C) | あなた4404 K (4131 °C) | いいえ4175.15 K (3902.0 °C) | プ3508.15 K (3235.0 °C) | 午前2880 K (2607 °C) | Cm3383 K (3110 °C) | バック2900 K (2627 °C) | 参照1743 K (1470 °C) | エス1269 K (996 °C) | FM | メリーランド州 | いいえ | |||||||
| 伝説 | |||||||||||||||||||||
| 値はケルビンKと摂氏°Cで表され、四捨五入されています | |||||||||||||||||||||
| 華氏（°F）での換算値については、 「元素の沸点（データページ）」を参照してください。 | |||||||||||||||||||||
| いくつかの値は予測値です | |||||||||||||||||||||
参照
- 元素の沸点（データページ）
- 沸点上昇
- 臨界点（熱力学）
- 沸点計、液体の沸点を正確に測定する装置
- ハゲドン温度
- ジョバック法（分子構造からの標準沸点の推定）
- 沸点を含むガスのリスト
- 融点
- サブクール
- 過熱
- 潜熱と沸点を関連付けるトラウトン定数
- 三重点
参考文献
- ^ ゴールドバーグ、デイビッド・E. (1988). 『化学の3000の解決問題』（第1版）. マグロウヒル. セクション17.43, p. 321. ISBN 0-07-023684-4。
- ^ セオドア・ルイス、デュポン・R・ライアン、ガネサン・クマール編（1999年）。『汚染防止：21世紀への廃棄物管理アプローチ』 CRCプレス、第27章、15ページ。ISBN 1-56670-495-2。
- ^ 「水の沸点と高度」www.engineeringtoolbox.com。
- ^ 一般化学用語集パーデュー大学ウェブサイト
- ^ リール, ケビン・R.; フィカール, RM; デュマ, PE; テンプリン, ジェイ・M. & ヴァン・アーナム, パトリシア (2006). AP化学 (REA) – アドバンスト・プレースメント試験対策に最適（第9版）. 研究教育協会. 第71章, 224ページ. ISBN 0-7386-0221-3。
- ^ ab Cox, JD (1982). 「状態と過程の表記法、化学熱力学における標準語の意味、そして熱力学関数の一般的な表形式に関する考察」. Pure and Applied Chemistry . 54 (6): 1239– 1250. doi : 10.1351/pac198254061239 .
- ^ 標準圧力 IUPAC では、「標準圧力」を 10 5 Pa (1 bar に相当) と定義しています。
- ^ 付録1：物性表とグラフ（SI単位系）、表A-5までスクロールダウンし、圧力100 kPa（1 bar）における温度値99.61 °Cを読み取ってください。McGraw-Hillの高等教育ウェブサイトより引用。
- ^ West, JB (1999). 「エベレスト山の気圧：新たなデータと生理学的意義」. Journal of Applied Physiology . 86 (3): 1062–6 . doi :10.1152/jappl.1999.86.3.1062. PMID 10066724. S2CID 27875962.
- ^ “11.12: 沸騰”. Chemistry LibreTexts . 2022年8月26日. 2025年2月15日閲覧。
- ^ ペリー, RH; グリーン, DW編 (1997).ペリーの化学技術者ハンドブック（第7版）. マグロウヒル. ISBN 0-07-049841-5。
- ^ DeVoe, Howard (2000).熱力学と化学（第1版）. Prentice-Hall. ISBN 0-02-328741-1。
外部リンク
- 。。1914年。
| 州 | ||
|---|---|---|
| 低エネルギー | ||
| 高エネルギー | ||
| その他の州 | ||
| 相転移 | ||
| 数量 | ||
| 概念 | ||
