まとめ東大塾長の山田です。このページでは,「沸点上昇と凝固点降下」について解説しています。水などの溶媒に塩化ナトリウムなどの不揮発性の物質を溶かしたとき、つくった溶液の蒸気圧は、同じ温度の純粋な溶液の蒸気圧に比べて低くなります。このような現象のことを、蒸気圧降下といいます。不揮発性の物質を溶かした溶液では、加えた不揮発性の物質の分だけ溶媒の割合が減ります。このように、純溶媒に不揮発性である溶質が混ざる(図2)ことで、容器の表面にある気体になろうとしている溶媒分子の数が、図1のように純溶媒だけの場合に比べて減少します。これによって、蒸気圧降下が起こるのです。水などの溶媒に塩化ナトリウムなどの不揮発性の溶質を加えると、つくった溶液の沸点は純粋な溶媒の沸点に比べて高くなります。このような現象のことを、沸点上昇といいます。)」の記事で説明していますが、液体の沸騰は、液体の蒸気圧が大気圧と等しくなるときに起こります。純水については、100°Cで蒸気圧と大気圧が等しくなり、純水は沸騰します。水溶液の蒸気圧は大気圧より小さくなるので、水溶液は沸騰しません。100°Cは純水にとって沸点となりますが、水溶液にとっては沸点にはなりません(図3)。凝固する溶媒分子の量」と「一定時間内に融解する溶媒分子の量」が等しくなったときの温度のことを凝固点といいます。純水では0°Cで「凝固する速度=融解する速度」となります(図4)。図4溶液の凝固点が、純粋な溶媒の凝固点に比べて低くなる現象のことを凝固点降下といいます。同じ温度の水溶液では、加えられた溶質粒子の分だけ純溶媒に比べ、溶液中の溶媒分子の割合が減少し凝固する溶媒分子の数が減って、「凝固する速度<融解する速度」となります。これにより、固体の融解が進みます。0°Cは、純水にとっては凝固点となりますが、水溶液にとっては凝固点とはなりません(図5)。物質を冷却したときの、冷却し始めてからの時間を横軸、温度を縦軸にとり、経過時間と温度の関係を示した曲線を冷却曲線といいます。図6図6には,純溶媒の冷却曲線と不揮発性の物質が溶けている溶液の2つの冷却曲線を表しています。液体を冷却していくと凝固点を過ぎても液体の状態を保つことがあります。この状態のことを過冷却といいます。凝固が始まると、冷却しているのにもかかわらず、凝固熱が発生するため温度が上昇します。その後、純溶媒の場合は、冷却による吸熱と凝固熱が等しくなるため、冷却曲線は水平になります。一方で、溶液の場合は、凝固の進行にともなって溶液の濃度が増大し、凝固点降下度がより大きくなり、温度が下がっていくため冷却曲線は右下がりになります。純溶媒と溶液の冷却曲線の直線部分を左に延長したときに、それぞれの冷却曲線と交わる点が凝固点となり、これによって凝固点降下度もわかります。凝固点は直線部分の左端ではないので間違えないように注意してください。\)〔K〕のことを沸点上昇度といいます。希薄溶液の沸点上昇度は、溶質の種類には関係なく、溶液の質量モル濃度だけに比例します。\)〔k・kg/mol〕のことをモル沸点上昇といいます。\)〔mol/kg〕の溶液(溶質は不揮発性の非電解質)の沸点上昇度に相当します。\)〔mol/kg〕の希薄溶液においては、次の関係式が成り立ちます。求める際には、電離や会合の効果を考える必要があります(これは下で説明します)。\)〔K〕のことを凝固点降下度といいます。希薄溶液の凝固点降下度は、溶質の種類には関係なく、溶液の質量モル濃度だけに比例します。\)〔k・kg/mol〕のことをモル凝固点降下といいます。\)〔mol/kg〕の溶液(溶質は不揮発性の非電解質)の凝固点降下度に相当します。\)〔mol/kg〕の希薄溶液においては、次の関係式が成り立ちます。求める際には、電離や会合の効果を考える必要があります(これは下で説明します)。電離や会合を考える必要があります。値について解説します。冷却曲線」の沸点上昇度と凝固点降下度の公式に代入すると下のようになります。この式からわかるように、沸点上昇度や凝固点降下度を測定することにより分子量を求めることができます。分子量が大きくなると沸点上昇度や凝固点降下度の値は小さくなるので測定が難しくなります。よって、沸点上昇や凝固点降下を利用した分子量の測定法は、高分子化合物などの大きな分子量を持つ物質の分子量の測定には適していません。あるときを考えてみましょう。水溶液中ではほぼ完全に電離しています。\)〔mol/kg〕となります。あるときを考えてみましょう。同様に、水溶液中ではほぼ完全に電離しています。\)〔mol/kg〕となります。あるときを考えてみましょう。その一部が電離します。\)〔mol/kg〕となります。ベンゼン溶液について考えてみましょう。その一部が会合します。\)〔mol/kg〕となります。使った例題を紹介したいと思います。