揮発性（化学）

蒸気圧とは、特定の温度において凝縮相がどれだけ容易に蒸気を形成するかを示す指標です。真空状態（内部に空気がない状態）の密閉容器に封入された物質は、空隙を速やかに蒸気で満たします。系が平衡状態に達し、蒸発速度と凝縮速度が一致すると、蒸気圧を測定できます。温度を上げると、生成される蒸気の量が増加し、それに伴って蒸気圧も上昇します。混合物の場合、各物質が混合物全体の蒸気圧に寄与し、揮発性の高い化合物ほど寄与が大きくなります。

沸点とは、液体の蒸気圧が周囲の圧力と等しくなり、液体が急速に蒸発、つまり沸騰する温度のことです。沸点は蒸気圧と密接に関係していますが、圧力に依存します。標準沸点は大気圧での沸点ですが、より高い圧力や低い圧力での沸点も報告されることがあります。^{[ 3 ]}

物質の揮発性に影響を与える重要な要因は、分子間の相互作用の強さです。分子間の引力は物質を結合させている力であり、ほとんどの固体のように分子間力が強い物質は、一般的に揮発性が低いです。エタノールとジメチルエーテルは、同じ化学式（C ₂ H ₆ O）を持つ2つの化学物質ですが、液相で分子間に起こる相互作用が異なるため、揮発性が異なります。エタノール分子は水素結合を形成できますが、ジメチルエーテル分子は形成できません。^{[ 4 ]}その結果、エタノール分子間の引力が全体的に強くなり、2つのうち揮発性の低い物質になります。

一般的に、分子量が増加すると揮発性は低下する傾向があります。これは、分子が大きいほど分子間結合に関与しやすくなるためです。^{[ 5 ]}ただし、構造や極性などの他の要因も重要な役割を果たします。分子量の影響は、類似の構造を持つ化学物質（エステル、アルカンなど）を比較することで部分的に分離できます。たとえば、直鎖アルカンは、鎖中の炭素数が増加するにつれて揮発性が低下します。

揮発性に関する知識は、混合物から成分を分離する際にしばしば役立ちます。凝縮物質の混合物に揮発性の異なる複数の物質が含まれている場合、温度と圧力を操作することで、揮発性の高い成分を蒸気に変え、揮発性の低い物質を液体または固体の状態にすることができます。新しく生成された蒸気は、廃棄するか、別の容器に凝縮することができます。蒸気を収集するこのプロセスは蒸留として知られています。^{[ 6 ]}

石油精製プロセスでは、分留と呼ばれる技術が利用され、揮発性の異なる複数の化学物質を1回の工程で分離することができます。製油所に流入する原油は、分離する必要のある多くの有用な化学物質で構成されています。原油は蒸留塔に流れ込み、加熱されます。これにより、ブタンや灯油などの揮発性の高い成分が気化します。これらの蒸気は塔を上昇し、最終的に冷たい表面と接触して凝縮し、回収されます。最も揮発性の高い化学物質は塔の上部で凝縮し、最も揮発性の低い化学物質は最下部で凝縮します。^{[ 1 ]}

水とエタノールの揮発性の違いは、濃縮アルコール飲料（これらの多くは「酒類」と呼ばれる）の製造に古くから利用されてきた。製品中のエタノール濃度を高めるために、飲料メーカーは、最初のアルコール混合物を、エタノールの大部分が蒸発し、水の大部分が液体のまま残る温度まで加熱する。その後、エタノール蒸気を別の容器に集めて凝縮することで、はるかに濃縮された製品が得られる。^{[ 7 ]}

香水を作る際には、揮発性が重要な考慮事項となります。人間は、芳香性の蒸気が鼻の受容体に接触したときに匂いを感知します。塗布後すぐに蒸発する成分は、オイルが蒸発するまでの短い時間、芳香性の蒸気を発生させます。蒸発の遅い成分は、数週間、あるいは数ヶ月間肌に残ることがありますが、強い香りを生み出すのに十分な蒸気を発生させない場合があります。これらの問題を回避するために、香水デザイナーは、香水に使用する精油やその他の成分の揮発性を慎重に検討します。適切な蒸発速度は、使用する高揮発性成分と非揮発性成分の量を調整することによって達成されます。^{[ 8 ]}

化学兵器は、揮発性に応じて持続性物質または非持続性物質に分類できます。揮発性の高い物質ほど蒸発して拡散しやすく、特定の期間のみ危険となる可能性があります。持続性物質は長期間の汚染を引き起こし、戦場の要衝や後方を汚染することでエリアを封鎖するために使用されることがあります。揮発性で非持続性の化学兵器には、タブン、サリン、ソマンなどの初期のGシリーズ神経剤が含まれます。揮発性が低く持続性の高い化学兵器には、マスタードガス、VXやVRなどのVシリーズ神経剤、ノビチョクシリーズ神経剤が含まれます。^{[ 9 ]}