3-1 3) 代表的な状態図(一成分系、ニ成分系、三成分系)






状態図とは
物質が温度や圧力の変化に対してどのように相を変えるかを示す図のことで
相図ともよばれます。

以下に、いくつかの状態図の例をあげます。










ニ成分系の状態図では
各点における状態を、イメージできるかどうかが重要になります。
いくつかの点を例にあげ、詳しく説明します。





図において、点Aは「メタノールと水の混合溶液が、ある温度において、混合した液相として存在している」状態です。
メタノールが何%で、水が何%入っているかは、横軸を読むことでわかります。
又、温度は縦軸を読むことでわかります。


次に、液体をだんだん加熱していったとします。
メタノールと水の混合割合は変わらず、温度だけが上がっていくため
状態図において上に点が移動していく形で、混合液体の加熱は表現されます(図でいう点A→点B)。


ある温度以上になると、液相+気相となります。
すなわち、沸点の低い方(この例ではメタノール)が主に蒸発し始めます。
注意すべきは、この蒸気にはわずかですが、水蒸気も含まれるということです。


ここで点Bについて詳しく見ていきます。
点Bの状態は「メタノールと水の混合溶液が、ある温度において、液相と気相として存在している」という状態です。
実はこの時、液相も気相も、先程の点Aの時とは組成が変化しています。
(液相は、蒸発しやすいメタノールがどんどん蒸発するため、水の割合が多くなる。
気相の組成は、メタノールの方が蒸発しやすいため、メタノールの割合が多くなる。)


実は、点Bからまっすぐ左右に線を引き、曲線と交わる点が
液相+気相における、液相及び気相の組成を表しています。
以下、次の図を使って説明します。






図において、点Qが気相を、点Rが液相を表します。
どっちが気相でどっちが液相かというのは覚えてもよいのですが次のように考えてもよいです。
すなわち、「点Qは、Bの組成が低い」→「Aの組成が多い」→「メタノールが多い」→「先に蒸発するのはメタノール」
と考えて、Qが気相と考えてもよいです。

又、この気相と水相の「存在量の比」というのが
線分QRの、点Bから見た”足の長さ”により表されています。
具体的には、気相Qと液相Rの存在量の比は
RB(こっちが気相):BQ(こっちが液相)です。



三成分系においては、三角図を読みとることが必要になります。
三角図とは下のような図で、三成分の比を表すことができる図です。

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