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真空状態では、水が急激に沸騰して凍るのはなぜですか?

can********さん

2012/12/2402:50:36

真空状態では、水が急激に沸騰して凍るのはなぜですか?

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ベストアンサーに選ばれた回答

ash********さん

2012/12/2421:00:27

水は常圧では0Cで凍り、100Cで沸騰します。その間の温度でも水蒸気は存在し、一定の蒸気圧の水蒸気が液体の水と熱平衡関係にあります。

平衡蒸気圧は温度とともに上昇します。空気に水蒸気が溶け込み完全に飽和した状態を湿度100%と言います。水が未飽和の空気と接していると熱平衡に達するまで水の分子は蒸発します。平衡蒸気圧は100Cで常圧を超えます。常圧下で100Cを超えるとすべての水は気体になります。液体でいるより気体となったほうがエネルギー的に有利なのですべての水分子が気化します。これを沸騰と言います。

圧力を常圧以上とすることで100Cを超えても液体に留めておくことができます。それが圧力鍋の原理です。逆に減圧すると沸点は低くなります。登山などで水が100C以下で沸騰するのはそのためです。圧力が611Pa、温度が0.01度Cの所に水の三重点があります。三重点とは固相の氷、液相の水、気相の水蒸気が共存する点です。圧力と温度は下記を参照しました。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%89%E9%87%8D%E7%82%B9

圧力が低くなると水の沸点は下降し融点は上昇します。真空に近い低い圧力になると、沸点は0C近くまで下がり、一方融点が僅かに上がります。水は気化する時に気化熱を奪います。手にアルコールを付けて息を吹きかけると冷たく感じることを経験したと思います。濡れた衣服で風に当たると体温が急速に奪われて危険なのも同じ理由です。低圧下で融点より僅かに高い温度で水が沸騰すれば、大量の気化熱が奪われます。それが沸騰後すぐに凍った理由です。

質問した人からのコメント

2012/12/25 16:49:05

お答えいただいて助かりました。..........

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mar********さん

2012/12/2412:54:48

水の蒸気圧が0℃でも0じゃないからです。
沸騰という現象は蒸気圧と外気圧が一致した時に起きる現象であることはご存知ですよね?

沸騰が起これば多量の蒸発熱が奪われます。外気圧を一定に保たず減圧を続けていけば凍るまで温度が下がります。

ara********さん

2012/12/2411:32:38

沸騰というのは、外圧がその温度における蒸気圧よりも低くなる時に起こります。真空であれば外気圧が0ですので、当然、常温の水蒸気圧よりも低いので沸騰が起こります。
水が気化すれば、気化熱が奪われますのでそれによって温度が低下します。気化熱というのはなり大きいので、水の一部が気化するだけで残った部分が凍結するほどに熱が奪われることになります。

mas********さん

2012/12/2403:06:10

気圧が下がると沸点も下がります。
水温が沸点を越えると水は沸騰します。
気圧が下がって沸点が水温より低くなると水が沸騰します。
気圧0、つまり真空状態になると沸点は0度以下になります。
水は「水」という液体のままでは沸点より高い温度にはなれません。なので水は真空では0度以下になります。
水の氷点は0度なので凍ります。

ちょっと分かりにくいですね。
説明下手ですみません。

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