第二部：物質の状態と変化　気体の量と体積

　一般の空気は，湿度と称される水蒸気を含む。ここで，人が快適と感じる気温 25℃，相対湿度 60％のときに，空気（大気圧）に含まれる水分量を求めてみる。
　相対湿度（ RH ％）とは，ある気圧，温度での水の飽和水蒸気圧（ P^* ）に対する大気中の水蒸気圧（ P ）の百分率と定義されている。
　　　　　RH ％＝ 100 × P / P^*　
　従って，ある温度での水蒸気圧は，飽和水蒸気圧と相対湿度から求められる。
　ある温度（ T℃）における飽和水蒸気圧（ P^* ）は，温度の関数（経験式）として求めることができる。

　大気環境の温度範囲では近似的にはティテン（Tetens）の式が，広い温度範囲ではワグナー（Wagner）の厳密水蒸気圧式が適用できる。

　　　　ティテンの式 ： P^* (T) ＝ 610.78・10^{{ 7.5 T / ( T＋237.3 ) }}
　　　　指数関数で示すと　＝ 610.78・exp { 17.27 T / ( T＋237.3 ) }

　　　　ワグナー式 ： P^* (T) ＝ Pc・exp { ( -7.76451 X＋ 1.45838 X^1.5－2.7758 X³－1.23303 X⁶ ) / ( 1－X ) }
　　　　　ここで，Pc（臨界圧： 22.12×106 Pa ）
　　　　　　　　　X ＝ 1 － ( T ＋237.15 ) / Tc
　　　　　　　　　Tc（臨界温度：647.3 K ）

　下表に示すように，一般的な気象範囲（ 0 ～ 50℃程度）では，いずれの式を用いても大差ない。
　気温 25℃での飽和水蒸気圧は概ね 3,170 Pa となる。従って，相対湿度 60 ％の大気の水蒸気圧は 1,902 Pa （ 3,170 × 0.6 ）と計算され，大気圧が 101,325 Pa の場合は，分圧の法則を適用し，水蒸気の容量 ％は，約 1.88 Vol％（ 100 × 1902 / 101325 ）と計算される。この値は，酸素に次いで存在量の大きい分子であることを示す。

　空気 1 m³ （ 1000 L ）中に含まれる水分量（ g ）は，水蒸気の容量％，気温 25℃の時のモル体積（ 24.465L / mol ）と水の分子量（ 18 g / mol ）とから，約 13.8 g（ 18 × 0.0188 × 1000 / 24.465 ）と計算できる。
　【参考】
　水上置換での気体捕集実験の注意点
　実験で気体を水上置換（容器を水に満たし，気体と置換して補修）すると，補修した気体は水蒸気で飽和した気体と考えられる。
　従って，補修した気体の体積から気体の量を求めるときは，その温度での飽和水蒸気量を差し引く必要がある。得られた体積は，大気圧から飽和水蒸気圧を差し引き，気体の分圧を求めて計算しなければならない。
　相対湿度（ relative humidity ）
　相対湿度（RH）とは，ある温度（T）で計測された水蒸気圧（E）と，その温度での飽和水蒸気圧（ Es (T)）（ saturated water vapor pressure ) に対するの百分率と定義されている。
　　　　RH（％）＝100×E／Es (T)
　絶対湿度（ absolute humidity ）
　水蒸気量を直接示すために用いられる。一般的には，大気の一定体積（ 1m³ ）当たりの水蒸気の量（g）で表わす容量絶対湿度 VH（ volumetric humidity ； g/m³ ）で表される。
　すなわち，容積 Va(m³)に含まれる水蒸気の質量を Mw(g)とすると，
　容量絶対湿度 　　VH＝Mw/Va 　
　で定義される。
　相対湿度 RH との関係は，T：温度（℃），E：水蒸気圧，Es(T)：飽和水蒸気圧，とした場合に次式で与えられる。
　　　　VH＝ (RH/100)･Es(T)･216.7/(T＋273.15)
　蒸気圧（ vapor pressure ）
　気象学では，空気中の水蒸気分圧に対して用いられ，気液平衡の時の水蒸気分圧は飽和蒸気圧や平衡蒸気圧という。物理学一般では，蒸気圧を気液平衡の場合の平衡蒸気圧を指すことが多い。
　飽和水蒸気圧（ saturated water vapor pressure , saturated steam pressure ）
　気象学において，水蒸気が気液平衡にある場合の蒸気圧をいい，一般的には平衡蒸気圧という。
　なお，地表付近（一気圧），温度 T（℃）の飽和水蒸気圧は，Es(T) ≒ 6.1078･exp{ 17.27･T/(T＋237.3)} で近似できる。
　平衡蒸気圧（ equilibrium vapor pressure ）
　液相，又は固相と相平衡になる気相の圧力で，温度に依存して決まる物質特有の物性値である。
　ちなみに， 液相にあるときの蒸気圧が外圧に等しくなる温度を沸点（ boiling point ），固相の蒸気圧が外圧に等しくなる温度を昇華点（ sublimation point ）という。