蒸気圧のソースを表示

'''蒸気圧'''（じょうきあつ、{{Lang-en|vapor pressure}}）あるいは'''平衡蒸気圧'''（へいこうじょうきあつ、{{Lang-en|equilibrium vapor pressure|links=no}}）とは、[[液相]]あるいは[[固相]]にある物質と[[相平衡]]になるような物質の[[気相]]の[[圧力]]のことである。蒸気圧は物質に特有の[[物性値]]であり、[[温度]]に依存して決まる。

物質の[[沸点]]とは、その物質が液相にあるときの蒸気圧が外圧に等しくなる温度である。また、物質の[[昇華点]]とは、その物質が'''固相にあるときの'''蒸気圧が外圧に等しくなる温度である。さらに物質が液相と固相の平衡状態にあるときの蒸気圧が外圧に等しくなる温度は[[三重点]]と呼ばれる。

液体の物質の周囲でのその物質の[[蒸気]]の[[分圧]]が液相の蒸気圧に等しいとき、その液体は蒸気と[[気液平衡]]の状態にある。
気液平衡から温度を上げると蒸気圧が上がり、蒸気の分圧より大きくなる。蒸気を[[理想気体]]とみなせば、分圧は蒸気量に比例する。液体が[[蒸発]]することで蒸気量が増えて分圧も上がり、新たな温度での蒸気圧と等しくなることで再び気液平衡となる。逆に温度を下げると蒸気圧が下がる。このときは蒸気が液体に[[凝縮]]することで分圧が下がり、新たな温度で気液平衡となる。気相と固相の相平衡でも同様に、温度の変化に対して物質が[[昇華 (化学)|昇華]]して分圧が蒸気圧と等しくなるように蒸気量が変化して平衡が保たれる。
<!--
同じ物質でも、液体状態での蒸気圧と固体状態での蒸気圧は異なっている。液体状態での方が固体状態でよりも高い蒸気圧となるような温度では、液体は蒸発し、蒸気は昇華して固体になるため、液体は凝固していく。液体状態での方が固体状態でよりも低い蒸気圧となるような温度では、固体は気体に昇華し、気体は液体に凝結するため、固体は融解していく。この二種類の蒸気圧が等しいような温度では、液体と固体の間で平衡が成り立ち、この温度を[[融点]]と呼ぶ。-->

純物質の蒸気圧は[[クラウジウス・クラペイロンの式]]によって近似される。溶液であれば[[蒸気圧降下]]が起こり、これは[[ラウールの法則]]で近似される。

== 理想的な水の蒸気圧 ==
[[Image:Water vapor pressure graph.jpg|thumb|right|[[水]]の蒸気圧を縦軸、[[温度]]を横軸に取った[[統計図表|グラフ]]。水は[[標準大気圧]]（760[[トル|torr]]）の下でおよそ100度で[[沸騰]]する。この時の蒸気圧は1気圧に等しい。]]
他の液体と同様に蒸気圧が周囲の大気圧まで達すると水は沸騰する。高度が高い場所では大気圧が低くなるため、水は低い温度で沸騰する。大気圧 {{mvar|P}} と水の沸点 {{math|''&theta;''{{sub|bp}}}} の関係は
{{Indent|
<math>\log_{10}(P/\text{Torr}) =8.07131 -\frac{1730.63}{233.426 + \theta_\text{bp}/{}^\circ\text{C}}</math>
}}
{{Indent|
<math>\theta_\text{bp}/{}^\circ\text{C} =\frac{1730.63}{8.07131 -\log_{10}(P/\text{Torr})} - 233.426</math>
}}
によって近似される。この近似式は[[アントワン式]]と呼ばれる[[実験式]]である。
用いる単位と対数の底によって各係数が異なり、上の式では大気圧 {{mvar|P}} に[[トル]]（Torr）、沸点 {{math|''&theta;''{{sub|bp}}}} に[[セルシウス度]]（{{math|&deg;C}}）を用いており、[[常用対数]]であることに注意。

近似式はほかにも様々なものが提案されている。例としてはTetens (1930)によるもの（[[飽和水蒸気量]]を参照）などがある。

{{Flexbox start}}

{| class="wikitable" style="text-align:right"
|+ 各温度における水の蒸気圧
|-
! 温度<br/> {{math|''&theta;'' /&deg;C}}
! 水の蒸気圧<br/> {{math|''f'' /hPa}}
|-
| 0 || 6.10
|-
| 5 || 8.71
|-
| 10 || 12.25
|-
| 15 || 17.01
|-
| 20 || 23.32
|-
| 30 || 42.31
|-
| 35 || 56.04
|-
| 40 || 73.48
|-
|}

{| class="wikitable" style="text-align:right"
|+ 各温度における水の蒸気圧
|-
! 温度<br/> {{math|''&theta;'' /&deg;C}}
! 水の蒸気圧<br/> {{math|''f'' /hPa}}
|-
| 80 || 475
|-
| 90 || 701
|-
| 100 || 1013
|-
| 110 || 1432
|-
| 120 || 1989
|-
| 130 || 2710
|-
| 140 || 3631
|-
| 150 || 4791
|-
|}

{{Flexbox end}}

== 蒸気圧の例 ==
以下の表は幾つかの物質の 25 ℃における蒸気圧を昇順に並べたリストである。

{|style="text-align:center;" class="wikitable"
! rowspan="2" | 物質
! colspan="3" | 蒸気圧
|-
! ''p'' / [[パスカル (単位)|Pa]]
! ''p'' / [[バール (単位)|bar]]
! ''p'' / Torr
|-

! [[グリセリン]]<ref>{{Cite journal|title=Thermodynamic properties of glycerol: Experimental and theoretical
study|author=Sergey P. Verevkin, Dzmitry H. Zaitsau, Vladimir N. Emel’yanenko, Aleksandra A. Zhabina|journal=Fluid Phase Equilibria|year=2015||volume=397|pages=87–94|doi=10.1016/j.fluid.2015.03.038}}</ref>
| 0.02
| 2{{e|-7}}
| 0.0002
|-

! [[水銀]]<ref>{{Cite web|url=http://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?Name=mercury&Units=SI|title=mercury|publisher=[[NIST]]|accessdate=2016-9-30}}</ref>
| 0.3
| 3{{e|-6}}
| 0.002
|-

! [[エチレングリコール]]{{r|ddbst}}
| 6
| 6{{e|-5}}
| 0.05
|-


! [[ドデカン]]{{r|fluidprop}}
| 0.02{{e|3}}
| 2{{e|-4}}
| 0.1
|-

! [[デカン]]{{r|fluidprop}}
| 0.2{{e|3}}
| 0.002
| 1
|-

! [[二フッ化キセノン]]<ref>{{Cite journal|url=http://acta-arhiv.chem-soc.si/53/53-2-105.pdf|format=PDF|title=Synthesis, Properties and Chemistry of Xenon(II) Fluoride|author=Melita Tramšek, Boris Žemva|journal=Acta Chim. Slov|year=2006||volume=53|pages=105–116|accessdate=2016-9-30}}</ref>
| 0.6{{e|3}} 
| 0.006
| 5
|-

! [[1-ブタノール]]{{r|ddbst}}
| 0.9{{e|3}}
| 0.009
| 7
|-

! [[メチルイソブチルケトン]]<ref>{{Cite web|url=http://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?Name=methyl+isobutyl+ketone&Units=SI|title=Methyl Isobutyl Ketone|publisher=NIST|accessdate=2016-9-30}}</ref>
| 2.6{{e|3}}
| 0.026 
| 20
|-

! [[1-プロパノール]]<ref>{{Cite web|url=http://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?Name=1-propanol&Units=SI|title=1-Propanol|publisher=NIST|accessdate=2016-9-30}}</ref>
| 2.8{{e|3}}
| 0.028
| 21
|-

! [[水]]（H<sub>2</sub>O）<ref name=fluidprop>{{Cite web|url=http://webbook.nist.gov/chemistry/fluid/|title=Thermophysical Properties of Fluid Systems|publisher=NIST|accessdate=2016-9-30}}</ref>
| 3.2{{e|3}}
| 0.032
| 24
|-

! [[エタノール]]{{r|ddbst}}
| 7.8{{e|3}}
| 0.078
| 59
|-

! [[メタノール]]{{r|ddbst|fluidprop}}
| 17{{e|3}}
| 0.17
| 130
|-

! [[フロン類|フロン113]]{{r|fluidprop}}
| 45{{e|3}}
| 0.45
| 340
|-

! [[アセトアルデヒド]]<ref>{{Cite web|url=http://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?Name=acetaldehyde&Units=SI|title=Acetaldehyde|publisher=NIST|accessdate=2016-9-30}}</ref>
| 0.12{{e|6}}
| 1.2
| 900
|-

! [[ブタン]]{{r|fluidprop}}
| 0.24{{e|6}}
| 2.4
| 1800
|-

<!-- 要出典
! [[ホルムアルデヒド]]
| 435.7{{e|3}}
| 4.357
| 3268
|-
-->

! [[プロパン]]{{r|fluidprop}}
| 0.95{{e|6}}
| 9.5
| 7100
|-

! [[硫化カルボニル]]{{r|fluidprop}}
| 1.3{{e|6}}
| 13
| 9600
|-

! [[エタン]]{{r|fluidprop}}
| 4.2{{e|6}}
| 42
| 31000
|-

! [[二酸化炭素]]{{r|fluidprop}}
| 6.4{{e|6}}
| 64
| 48000
|-
|}

== 気象学における蒸気圧 ==
[[気象学]]において蒸気圧という用語は、空気中の水蒸気分圧に対して用いられ<ref>{{Cite web|url=http://amsglossary.allenpress.com/glossary/search?id=vapor-pressure1|title=Glossary|publisher=[[アメリカ気象学会]]|accessdate=2011-4-23}}</ref>、水蒸気が気液平衡にあるとは限らない。
気液平衡にあるときの水蒸気分圧は平衡蒸気圧、あるいは'''飽和蒸気圧'''と呼ばれる。ただし飽和蒸気圧という用語は、水面あるいは海面の直上の大気中に含まれる霧状の水（液体）を算入する場合がある<ref>{{Cite web|url=http://fermi.jhuapl.edu/people/babin/vapor/index.html|title=A Brief Tutorial|author=Steven M. Babin, MD, PhD |accessdate=2011-4-23}}</ref>。

== 曲面上の蒸気圧 ==
[[液滴]]など、液面が曲率を持つ場合、蒸気圧''p<sub>d</sub>'' は[[表面張力]]の影響を受け、次のトムソン・ギブスの式（[[:en:Ostwald–Freundlich equation]]）で与えられる<ref>{{cite|和書 |editor=日本エアロゾル学会 |author=高橋幹二 |title=エアロゾル学の基礎 |publisher=森北出版 |year=2003 |isbn=4-627-67251-9 |page=165}}</ref>。[[ケルビン方程式]]も参照。
: <math>p_d = p_s \exp\left(\frac{2\gamma M}{a\rho RT}\right) = p_s \exp\left(\frac{2\gamma v_m}{akT}\right)</math>
ここで
* ''p<sub>s</sub>'' ：平面上の飽和蒸気圧
* &gamma;：表面張力
* ''M'' ：分子量
* ''a'' ：半径
* &rho;：密度
* ''R'' ：[[気体定数]]
* ''T'' ：温度
* ''v<sub>m</sub>'' ：分子容
* ''k'' ：[[ボルツマン定数]]
である。

== 出典 ==
{{reflist|refs=
<ref name="ddbst">{{Cite web
 | url = http://ddbonline.ddbst.com/AntoineCalculation/AntoineCalculationCGI.exe
 | title = Vapor Pressure : Calculation by Antoine Equation
 | publisher = DDBST.com
 | accessdate = 2016-9-30 }}</ref>
}}

== 関連項目 ==
{{Wikidata property|position=left}}

== 外部リンク ==
* {{Kotobank}}

{{気象要素}}
{{Normdaten}}

{{DEFAULTSORT:しようきあつ}}
[[Category:物理化学]]
[[Category:大気熱力学]]
[[Category:圧力]]
[[Category:気象学の概念]]