✨ ベストアンサー ✨
高校化学での蒸気圧をわかりやすくいうと「ある温度で平衡状態になった時の圧力」のことです!
ここからは基礎の話です。蒸気圧について理解しているのであれば読み飛ばして最後を見てください。
密閉した(真空)容器の中にとある液体Xがあることを考えてください。この時、Xは気体中にも存在しています。Xは気体から液体に状態変化(凝縮)したり、液体から気体に変化(蒸発)したりします。めっちゃ高感度な顕微鏡でみたら、Xは液体と気体の間を常に行き来しているように見えることになりますね。
さて、「気液平衡」とかいう、難しそうな言葉が出てきたと思いますが、これはXが液→気に変化するのと気→液に変化する速度が同じということ!というのが教科書的な説明ですね。蒸気圧の問題の本質はここです!問題が分からなくなったら全てここに立ち返って考えましょう。
そして、蒸気圧というのは「気液平衡」における圧力のことです。ここで、注意すべきなのは蒸気圧は気液平衡になるまで待った時の気体の圧力(気体状態にあるXの物質量に比例)なので、ある瞬間を切り取って観測した圧力は蒸気圧とは全くの無関係です。また、蒸気圧を超えると気→液が液→気より早く進み、蒸気圧を下回るとその逆になります。
なんとなくイメージ湧きましたかね、最初からわかっていれば恐縮ですが、操作が複雑になるとこの基礎の部分を忘れがちなので何度もやっていて損はないです。
さて、問題に移ります。
1枚目ですが、温度、圧力が与えられて、蒸気圧曲線から分子の状態を推測する問題ですね。これは平衡状態なのか、そうじゃないのかによって答えは変わります。
まず、平衡状態だとしたら、この圧力では常に気→液が液→気より早く進みます。なので、常に液体で存在するしかできません。全部液体だったら気体部分の空間なくて圧力なんてそもそも考えられなくない?というもっともな質問がありますが、ここでいう圧力とは外界からどのような力を加えているかを測定しているだけなので問題ないです。外界から蒸気圧以上の力を加えていたらせっかく蒸発しても、それが液体に戻るスピードの方が常に早くなるということですね。
今度は平衡でない、つまり瞬間を切り取って測った場合ですが、これを考えるとそもそもどの状態でも瞬間的にその圧力にすることは可能です。(例えば気体状態だったら全て気体の状態でガクッと容器に加える力をその圧力にして仕舞えばよいのです。)なので、この問題ではこのことは考えていないようですね。
2枚目についてです。これも平衡か瞬間かで変わりますが、おそらくこの問題には圧力の変化のさせ方が十分ゆっくりでその間に常に平衡が保たれている!とみなします。
やることは変わらないです。aの圧力と温度をプロットして、それをaの蒸気圧曲線と比べます。今回は蒸気圧曲線より下なので、気→液より液→気の速度が常に速い、つまり、液体になる分子はあるかもしれないけどそれはすぐに蒸発してしまうような状態です。つまり、全部液体ですね。
そこからちょっとずつ圧力を高めていくといずれ蒸気圧(液→気と気→液が等しくなる圧力)になります。その圧力の時は液がどれだけあろうが、気がどれだけあろうが速度は等しいのでそのまま釣り合うことができます。なので、両方存在しえます。
蒸気圧より少しでも圧力が高いと、今度は常に気→液が液→気より速いです。気体が少しでもあればそれは液に行くということなので液体になります。
「蒸気圧」というのは、マクロで起こる「状態変化」とミクロの視点(気液平衡の考え方)を繋げ、状態変化に対する理解を深めてくれるという点で実に優秀な概念なので大学の入試などでもよく出されます。まずは落ち着いて、「考えているのは平衡か?瞬間か?」「気→液と液→気はどっちが速い?」といったことを考えましょう。
長文失礼いたしました。理解の助けになれば何よりです。
分かりやすかったです!!
ありがとうございました😊