気液平衡の基礎と化学工学における応用

気液平衡（英: Vapor–Liquid Equilibrium, VLE）は、熱力学および化学工学において、化学種が気相と液相の間でどのように分配されるかを記述する重要な概念である。

熱力学的記述

気体とそれに接する液体の濃度は、熱力学的平衡にある場合、蒸気圧や分圧によって表される。純物質系において、液体と気体の平衡状態は、両相の温度、圧力、およびモルギブズの自由エネルギーが等しくなることで特徴づけられる。また、より一般的にはフガシティーの概念を用いて表現される。

多成分系においては、系内のすべての成分について、各相の部分モルギブズの自由エネルギー（化学ポテンシャル）が等しくなることが平衡の条件となる。

沸点図と相平衡

一定の全圧下における二成分系の気液平衡データは、温度とモル分率の関係を示す二次元のグラフ（沸点の図）として表される。この図には、沸騰開始曲線である泡立ち点曲線と、露点温度曲線が含まれる。特定の組成では、両曲線が一致する共沸点が現れることがある。

化学工学における応用

気液平衡の情報は、混合物中の成分を分離・精製する蒸留プロセスの設計において不可欠である。多成分系の計算では、気液分配係数であるK値や比揮発度が広く利用される。