化学物質の状態・構成・変化理科

物質の状態変化「融解・凝固」と反応熱の関係を元塾講師が解説

よぉ、桜木建二だ。今回は状態変化の1つである「融解・凝固」と反応熱の関係について詳しく勉強していこう。

融解点・凝固点といったワードも今までに何度か出てきているよな。覚えているか?

今回は反応熱との関係を見ていこう。化学に詳しいライターAyumiと一緒に解説していくぞ。

解説/桜木建二

「ドラゴン桜」主人公の桜木建二。物語内では落ちこぼれ高校・龍山高校を進学校に立て直した手腕を持つ。学生から社会人まで幅広く、学びのナビゲート役を務める。

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ライター/Ayumi

理系出身の元塾講師。わかるから面白い、面白いからもっと知りたくなるのが化学!まずは身近な例を使って楽しみながら考えさせることで、多くの生徒を志望校合格に導いた。

1.固体・液体間の状態変化

image by iStockphoto

物質の状態変化について簡単に復習しておきましょう。状態変化は組成(化学式)が変わらない変化です。見た目や形状が変わっても物質そのものが変わらない変化を物理変化といいます。一方で物質そのものが化合したり分解したりする変化を化学変化といいましたね。

物質は固体・液体・気体の三態によって成り、それぞれ固相・液相・気相とよばれることもあります。そのため、物質の状態(相)が変わることを相転移という言い方をする場合があるので覚えておくといいでしょう。

さて、今回は固体と液体における変化に注目します。固体から液体になるのが融解液体から固体になるのが凝固です。このように状態が何から何になるのかによって名称が異なりましたね。では、これらの変化について詳しく見ていきましょう。

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反応熱は化学変化だけではなく物理変化にも関係があるんだ。それぞれの相転移を何と表すか、復習をしておこう。

1-1.融点・凝固点

1-1.融点・凝固点

image by Study-Z編集部

融点(融解点)・凝固点のように、○○点というのは化学においてある一定の温度を示す場合が多いでしょう。これらも例外ではありません。

融点・凝固点は、物質が融解する温度、凝固する温度を示しています。わかりやすく言えば、物質が溶ける温度を融点、物質が凍ったり固まったりする温度を凝固点というわけです。これらの温度は物質によって異なるため、純物質においては物質を特定する手がかりにもなるでしょう。

水で考えてみると、氷は0℃で溶けはじめ、水は0℃になると凍りはじめます。グラフからも、ある物質を加熱し続けた場合、ある一定の温度では固体と液体が混在する状態があるのがわかりますね。このときの温度が融点であり、凝固点です。融点と凝固点は厳密な意味は異なるものの同じ温度を指しています。

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状態変化は水で考えるのが簡単だ。温度変化における変化はグラフで覚えるのが便利だぞ。

1-2.固体と液体のもつエネルギー

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それでは固体と液体のもつエネルギーについて考えてみましょう。

水を例にしてみると、氷(固体)は分子同士の運動が活発でなく、静かに整列している状態でしたね。一方で水(液体)はエネルギーをもった分子たちが活発に動き回っている状態です。さらに水蒸気(気体)になると吸気中を飛び回るほどのエネルギーをもっている状態になります。

ここからわかるのは、同じ組成の物質でも状態が変わればもっているエネルギー(熱量)も変わるということです。気体>液体>固体という順番ですね。ではそもそも物質の状態は何によって変わるのでしょうか。

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