蒸気圧

密閉された容器の中で液体が気化するとき、気体の分子は逃げることができません。これらの気相分子がランダムに動き回ると、時折、凝縮相の表面に衝突することがあり、場合によっては、この衝突によって分子が再び凝縮相に入ることになります。このような気相から液体への変化を凝縮といいます。凝縮の速度が気化の速度と等しくなると、容器内の液体の量も蒸気の量も変化しなくなります。このとき、容器内の蒸気は液体と平衡しているといいます。凝縮相と気相の間では絶えず分子が交換されているので、これは静的な状況ではないことを覚えておいてください。これは動的平衡の一例であり、気化と凝縮などの相互作用が同じ割合で起こるシステムの状態です。

ある温度の密閉容器内で液体と平衡状態にある蒸気が及ぼす圧力を液体の蒸気圧（または平衡蒸気圧）といいます。蒸気と接する液体の表面積や容器の大きさは、蒸気圧に影響しないが、平衡状態に達するまでの時間に影響します。液体中の分子の化学的性質によって、分子間引力の種類と強さが決まるため、物質によって平衡蒸気圧が異なります。比較的強い分子間引力は、気化を妨げるとともに、気相分子が液体表面に衝突したときに再捕捉されやすく、蒸気圧が比較的低くなります。弱い分子間引力は、気化の妨げになることが少なく、ガスの再捕獲の可能性も低くなるため、比較的高い蒸気圧が得られます。

エタノール（ CH₃CH₂OH ）、エチレングリコール（ C₂H₆O₂ ）、ジエチルエーテル（ C₄H₁₀O ）、水（ H₂O ）の 4 種類の化合物を検討します。

ジエチルエーテルは、双極子が非常に小さく、分子間引力のほとんどがロンドン分散力です。この分子は、検討している4つの分子の中で最も大きいですが、そのIMFは最も弱く、その結果、その分子は液体から最も容易に脱出します。また、蒸気圧も最も高いです。エタノールはサイズが小さいため、ジエチルエーテルに比べて分散力が弱いです。しかし、エタノールは水素結合が可能であるため、全体的に強いIMFを示し、その結果、任意の温度で液体から脱出する分子の数が少なくなるため、エタノールはジエチルエーテルよりも低い蒸気圧を持つことになります。水は前述のいずれの物質よりもはるかに小さく、分散力は弱いが、水素結合が豊富なため分子間引力が強く、液体から逃げ出す分子が少なく、ジエチルエーテルやエタノールよりも蒸気圧が低いという特徴があります。エチレングリコールは、OH基を2つ持っているので、水と同じように広範囲の水素結合を示します。エチレングリコールは、水と同様に2つのOH基を持つため、水素結合が強く、また、水よりも大きいため、ロンドン分散力が大きいです。全体のIMFがこれら4つの物質の中で最も大きいので、気化速度が最も遅くなり、その結果、蒸気圧が最も低くなります。

温度が上昇すると、液体の分子の平均KEが増加するため、液体の蒸気圧も上昇します。任意の温度では、物質の分子にはさまざまな運動エネルギーがあり、ある割合の分子はIMFに打ち勝って液体から脱出する（気化する）のに十分なエネルギーを持っていることを思い出してください。温度が高くなると、液体から脱出するのに十分なエネルギーを持つ分子の割合が増えます。単位時間当たりにより多くの分子が脱出することと、脱出した分子の平均速度が速くなることが、蒸気圧を高くする要因となります。

蒸気圧が外部の大気圧と等しくなるほど上昇すると、液体は沸点に達します。液体の沸点とは、液体の平衡蒸気圧と周囲の気体が液体に及ぼす圧力が等しくなる温度のことです。開放容器に入った液体の場合、この圧力は地球の大気によるものです。液体の通常の沸点は、周囲の圧力が1気圧（101.3kPa）のときの沸点と定義されます。1気圧以上の圧力では、液体の沸点は通常の沸点よりも高くなります。

このテキストは、 Openstax 、 Chemistry 2e 、 Section 10.3 ： Phase Transitions から引用しています。