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環境圧力に応じて変化します。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。このため、水は海面で標準圧力下では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。圧力が同じでも、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で定義された大気圧、1気圧に等しい特殊なケースです。^{[4] [5]}その温度では、液体の蒸気圧が大気圧を克服するのに十分になり、液体の大部分の内部に蒸気の泡が形成されます。標準沸点は、1982年以来、1バールの圧力下で沸騰が起こる温度としてIUPACによって定義されています。^[6]

気化熱とは、与えられた量（モル、キログラム、ポンドなど）の物質を与えられた圧力（通常は大気圧）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、沸点以下の温度で蒸発という過程を経て蒸気に変化することがあります。蒸発とは、液体の端近くにある分子が、その側の液体圧力に十分閉じ込められず、蒸気として周囲に逃げ出す表面現象です。一方、沸騰は、液体内のどの場所からでも分子が逃げ出し、液体内に蒸気の泡が形成される過程です。

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、沸点を意味します。飽和温度とは、対応する飽和圧力で液体が沸騰して蒸気相になる温度です。液体は熱エネルギーで飽和していると言えます。熱エネルギーを追加すると、相転移が発生します。

システム内の圧力が一定（等圧）である場合、飽和温度の蒸気は熱エネルギー（熱）が除去されるにつれて液相に凝縮し始めます。同様に、飽和温度と圧力の液体は、追加の熱エネルギーが加えられると沸騰して気相になります。

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 標準圧力101.325  kPa (1  atm )、またはIUPAC標準圧力 100.000 kPa (1  bar ) を基準にして公表される場合があります。大気圧がはるかに低い標高の高い場所では、沸点も低くなります。沸点は、ガスと液体の特性が同一になる臨界点までは、圧力の上昇とともに上昇します。沸点は、臨界点を超えて上昇することはできません。同様に、沸点は、三重点に達するまで圧力の低下とともに低下します。沸点は、三重点より下に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とします。その場合、沸点はクラウジウス・クラペイロンの式を使って計算できます。

どこ：

${\displaystyle T_{\text{B}}}$関心のある圧力における沸点である。

${\displaystyle R}$は理想気体定数であり、

${\displaystyle P}$液体の蒸気圧である。

${\displaystyle P_{0}}$対応する圧力が分かっている（通常は1気圧または100kPa（1bar）でデータが利用可能）${\displaystyle T_{0}}$

${\displaystyle \Delta H_{\text{vap}}}$液体の蒸発熱である。

${\displaystyle T_{0}}$沸点です。

${\displaystyle \ln}$は自然対数です。

飽和圧力は、液体が沸騰して気相になる飽和温度に対応する圧力です。飽和圧力と飽和温度には直接的な関係があり、飽和圧力が増加すると、飽和温度も増加します。

システム内の温度が一定である場合 (等温システム)、システム圧力が上昇すると、飽和圧力と温度の蒸気は液相に凝縮し始めます。同様に、システム圧力が低下すると、飽和圧力と温度の液体は蒸気相に 瞬間蒸発する傾向があります。

水の標準沸点に関しては、2 つの慣習があります。標準沸点は、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、実際には 99.97 °C (211.9 °F)) と一般的に示されています。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]}比較のために、標高8,848  m (29,029  ft ) のエベレスト山頂では、圧力は約 34  kPa (255  Torr ) ^[9]で、水の沸点は 71 °C (160 °F) です。^{[要出典]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。

特定の温度での液体の蒸気圧が高いほど、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、さまざまな液体の蒸気圧と温度の関係を示すグラフがあります。^[10]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。

たとえば、どの温度でも、塩化メチルはグラフ内の液体の中で最も高い蒸気圧を持ちます。また、塩化メチルの標準沸点（-24.2 °C）も最も低く、これは塩化メチルの蒸気圧曲線（青い線）が絶対蒸気圧 1 気圧（ atm ）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。

最も沸点の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。極端な温度を偏りなく正確に測定することは難しいため、文献ではどちらも沸点が高いものとして引用されています。^[11]

任意の純粋化合物の蒸気圧と温度の対数の上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役立ちます。 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役立ちます。 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、その温度および大気圧下で液体または固体として存在することができ、その蒸気が封じ込められている場合は、その蒸気（揮発性の場合）と平衡状態で存在します。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、その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、イオン結合のある化合物は、高温に達する前に分解しない限り、常温沸点が高くなります。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) が大きくなるにつれて、常温沸点が高くなります。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。化合物の常温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増加すると、他の要因が同じであれば、常温沸点が高くなります。密接に関連しているのは、分子が水素結合を形成する能力(液体状態) です。これにより、分子が液体状態から離れにくくなり、化合物の常温沸点が高くなります。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化します。沸点に影響を与える小さな要因は、分子の形状です。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と比較して、標準沸点がわずかに低下する傾向があります。

揮発性化合物のほとんどは（常温に近い温度であればどこでも）、固体から温まる間に中間の液体相を経て、最終的に気相に変化します。沸騰と比較すると、昇華は固体が直接蒸気に変わる物理的変化であり、大気圧下の二酸化炭素など、いくつかの特定のケースで発生します。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わるときの蒸気圧が外部圧力に等しくなる温度です。

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はるかに低い揮発性の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、したがって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。

その他の混和性化合物（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、各成分は任意の圧力で独自の純成分沸点を持ちます。混合物に他の揮発性成分が存在すると、蒸気圧が影響を受け、したがって混合物内のすべての成分の沸点と露点が影響を受けます。露点とは、蒸気が液体に凝縮する温度です。さらに、任意の温度では、ほとんどの場合、蒸気の組成は液体の組成とは異なります。混合物の揮発性成分間のこれらの影響を示すために、沸点図がよく使用されます。蒸留は、液体相と蒸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。

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) まで] では 500 メートル間隔で、次に無人地表標高の追加範囲 [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、帝国単位の同様の範囲とともに示されています。

• 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
• ハゲドルン温度
• ジョバック法（分子構造から標準沸点を推定）
• 沸点を含むガスのリスト
• 融点
• サブクール
• 過熱
• 潜熱と沸点を関係付けるトラウトン定数
• 三点

• 「沸点」 。新入生のための参考書 。1914年。