化学理科

5分でわかる密度!体積あたりの物質の質量で何がわかるの?元研究員が解説

よぉ、桜木建二だ。「密度」って中学理科で習ったし、意味も分かっているよって思うかもしれないな。

しかし密度の計算や、密度からその物質がどのような性質を持つかと問われると、意外と戸惑ってしまう人が多いんだ。

今回は密度からどんなことが分かるか?から密度の計算について、化学実験を生業にしてきたライターwing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。

wing1982

ライター/wing

元製薬会社研究員。小さい頃から化学が好きで、実験を仕事にしたいと大学で化学を専攻した。卒業後は化学分析・研究開発を生業にしてきた。化学のおもしろさを沢山の人に伝えたい!

1.物質の密度

image by iStockphoto

密度とは種類の異なる物質を比べる時、同じ体積当たりどちらがどのくらい重いかを比較するのに使われます。

1 kg の綿と1 kg の鉄はどちらが重いでしょう?というなぞなぞを聞いたことがありませんか。どちらも 1 kg なので重さは同じというのが答えですが、自然に同じ体積当たりの重さをイメージして綿と答えてしまう方もいるかもしれません。この 1 kg の綿と 1 kg の鉄の体積を比べてみると、1 kg の綿はとてつもなく大きいのに対して 1 kg の鉄はかなり小さいことが想像できますよね。

つまり異なる物質の重さを比べる時は、同じ体積当たりの質量を知る事がとても大切になるのです。

1-1.密度とは

皆さんは日常生活でも密度が高いという表現を使うと思います。例えば満員電車などは密度が高いといいますし、新型コロナウイルスの感染拡大を防止するため三密を避けましょうとよく聞きますよね。この三密の密も密度の密と同じで、密と言われるとぎゅっと集まっていて混み合っている状態をイメージされると思います。

化学でも同じで、密度が高い物質はぎゅっと集まっているという考えでよいです。少量でも重い金属は、密度が高い(大きい)物質の代表と言えるでしょう。状態変化(固体・液体・気体)と密度の関係は、同じ物質で比べた場合、固体の方がより密度が大きく気体の方がより密度が小さくなります。

1-2.密度を導く計算式

1-2.密度を導く計算式

image by Study-Z編集部

密度は 1 cm3 あたりの物質の質量( g )で求めます。単位は g / cm3 (グラム毎立方センチメートル)です。つまり 1 cm3 あたり何グラムかが密度によって表されます。計算式は 密度( g / cm)= 物質の質量( g )÷  物質の体積( cm3 です。

体積と質量が分かっていればその物質の密度を導くことができます。ここに体積 240 cmで質量 60 g の物質 A があるとしましょう。物質 A の密度は 60 ( g ) ÷ 24 ( cm3 ) = 2.5 ( g / cm3 )と導くことができるのです。

1-3.密度が分かると何が分かる?

密度は物質の種類によって決まっています。つまり手元にある物質が何なのか分からない時、体積当たりの重さを量って密度を求めることで、その物質の種類を特定することができるのです。

また水の密度は、厳密には温度によって違いますが、1.00 g / cm3 という数値で表されるので覚えておきましょう。このことから、物質の密度が 1.00 g / cm3より大きいか小さいかによって、その物質が水に浮くか沈むかが分かります

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密度を計算で導く方法や、密度を知ることで何が分かるか理解できたな。密度は物質固有の値を示すので、その物質が何かを特定できるというのは興味深い発見だな。

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