課題 1
P. 188
6.4 クラウジウス・クラペイロンの式
気相が関係した相変化に関する近似
Vgas >> Vsolid, Vliquid → ΔV=Vgas
クラウジウス・クラペイロン式の有用性
・気相平衡を考える場合にとても便利
(例) # 温度を変化させた場合の平衡圧力の予測
# ある圧力を発生させるのに必要な温度の予測
# 温度と圧力のデータから相変化における
エンタルピー変化を算出
760 [mmHg] = 760 [Torr] = 1 [atm]
蒸気圧と温度の関係
ln(蒸気圧) ∝ T
(6.15)
(蒸気圧) ∝ eT
(6.16)
・ 温度 T が上昇するにつれて蒸気圧は加速度的に増加
・ 蒸気圧と温度の関係をプロットすると,その多くは指数関数
のようにみえる
・ しかし式(6.15)と(6.16)は,圧力 p がそのまま温度 T
に比例する理想気体の法則とは矛盾しない.これら二つの
式(6.15)と(6.16)は相平衡についてのものであり,蒸
気相における状態方程式として用いているわけではない
課題 2
P. 188
課題 3
P. 189
H2Oの状態図の特徴
・ 固液平衡直線の傾き 負
ほとんどすべての化合物
→ 固液平衡の傾き 正
体積 固体<液体
H2O
体積 固体>液体
・ 固気平衡を表す実線
昇華が起こる圧力、温度条件
H2O 通常の物質より低圧
↓
氷の昇華は標準圧力でも
ゆっくりと起こる
# 冷凍室の角氷の昇華
# 冷凍食品の冷凍焼け
気液平衡を表す実線
気相と液相が共存する圧力、
温度条件
p ∝ eT
臨界点と超臨界状態
・ 臨界点(critical point)
これ以上の温度と圧力になると、
気相と液相とが区別できなくなる点
・ 臨界点での圧力と温度
臨界圧力(critical pressure)
臨界温度(critical temperature)
H2O
pc
215bar
Tc
374℃
この温度以上では圧力を加えても
液体状態にすることは不可
→ 超臨界(super critical)
・ 超臨界相の工業的,科学的応用
超臨界流体クロマトグラフィー
超臨界状態のCO2やそのほかの
化合物を“溶媒”として分離操作に
利用
三重点
・ 三重点(triple point)
固体,液体,気体の三相が互い
に平衡になる点
H2O
0.01℃ (273.16 K)
6.11 mbar (4.6Torr)
国際標準単位 (SI) の温度基準
・ すべての物質に三重点存在
ヘリウム
水 広範囲
炭素
V-T 状態図
p-V-T 三次元状態図
-223℃
77℃
-223℃
77℃
-53℃
・ 一成分系の状態図
# 平衡にある系の相を決定するのに必要な変数の数
→ 自由度 (degree of freedom)
# 気相が関係するような相変化の位置
圧力や温度によってすぐに変化してしまうため,
状態変数をいくつ決める必要があるかは重要
・ H2Oの二次元の状態図
平衡において系にはH2Oだけが存在
# 固相を形成
→ 影を入れた領域のすべての点
→ 温度と圧力の両方を決める必要
# 固体と液体のH2Oが存在
→ 固相と液相を分ける実線上の点
→ 温度、圧力のどちらか一方が決まれば、
もう一方は自動的に決まる
→ 相の数が増えたために自由度が減少
# 三つの相が共存
→ 三重点一点しかない
→ 温度や圧力を決める必要なし
課題 4
P. 190
補講について

6月18日(火)
5限 演習 (自習)
・課題は本日出題
・出席はとらない
次回講義より反応速度論
教科書
ボール 物理化学 (下巻)
ただし課題の解答を理解するため、
次回は上巻も持ってくること
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5 化学平衡