状態変化と熱

状態変化と熱

水は0℃で凍り、100℃で沸騰します。物質の状態変化と、その際の温度や体積の変化を学びます。

基本知識

物質には固体・液体・気体の3つの状態があり、温度の変化で互いに移り変わります。これを状態変化といいます。
・固体→液体: 融解(融点)
・液体→気体: 蒸発・沸騰(沸点)
・気体→液体: 凝縮
・液体→固体: 凝固
・固体→気体(またはその逆): 昇華(ドライアイス・ナフタレンなど)
状態変化では質量は変わらず、体積だけが変わります。一般に固体→液体→気体の順で体積は大きくなります(水は例外で、氷の方が水より体積が大きい)。融点や沸点は物質固有の値で、純物質では一定の温度を保ちます。

深掘り (背景・意義)

状態変化が起こる本当の理由は、粒子(原子・分子)の運動の激しさの違いです。固体では粒子は決まった位置で振動し、液体では位置を入れ替えながら動き、気体では自由に飛び回ります。熱を加えると粒子の運動が激しくなり、状態が変わります。
純物質と混合物では融解・沸騰の様子が違います。純物質(水・エタノールなど)は一定の温度で状態変化しますが、混合物(海水・空気)は温度が変化しながら状態変化します。この性質を利用したのが蒸留で、原油から灯油・ガソリンを分けたり、ウイスキー製造に使われています。

注意点 (混同しやすい)

① 融解(固→液)と溶解(溶ける)は別の現象。氷が水になるのは融解、砂糖が水に溶けるのは溶解。② 蒸発(表面のみ・温度に関わらず)と沸騰(内部からも・沸点で)を区別。③ 昇華は固体⇔気体を直接行き来。ドライアイス(CO₂)が代表例。④ 状態変化で質量は不変、変わるのは体積だけ。

練習

1. 液体から固体に変わることを何というか。
2. 純物質が融けている間、温度はどうなるか。
3. 蒸留はどのような性質を利用した分離方法か。