化学物質の状態・構成・変化理科

氷が溶けたり凍ったり…「物質の状態変化」について元塾講師がわかりやすく解説

今回は物質変化について勉強していこう。

氷は溶ければ水になるし、水を加熱するとお湯になって最後は水蒸気になって消えてしまうよな。化学変化とは違って、同じ物質が形や性質のみを変えることを状態変化というんです。

こんな物質の状態が変化する現象について、化学に詳しいライターAyumiと一緒に解説していきます。

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.物質の性質を表す3つの状態

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物質は温度や圧力などの環境によって、固体・液体・気体の三態として存在します。これを物質の三態といい、物質の状態変化では重要なキーワードです。

固体分子が規則正しく並んでいる状態で、そのために分子が動き回れるほどではありませんがわずかに振動しています。

液体は固体よりも分子の動きは活発で、比較的自由に動き回れる状態と考えればいいでしょう。

気体になるとさらに分子はエネルギーを持ち、空間を自由に運動できるようになります。1つ1つの分子が広範囲で運動するため、拡散しやすく体積も大きくなるのです。

1-1.状態変化に伴う質量と体積の変化

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水を例にして三態を考えましたが、氷も水も水蒸気も、水 H2O であることには変わりありませんよね。ということは、物質の状態は変わっても物質が変わったわけではないはずです。そこで質量と体積の変化について考えてみましょう。

写真のような角砂糖を使って考えると、固体である氷は水分子がきちんと整列した綺麗な立方体の形をしています。しかし液体である水は水分子が動き始めて角砂糖がぼろっと崩れてしまったような状態です。さらに気体である水蒸気は水分子が自由に動いている角砂糖が周辺に飛び散ったような状態を想像してみましょう。

角砂糖(水分子)がどんな状態でも、粒を集めれば質量はどの状態でも同じになるのがわかるでしょうか。一方で角砂糖(水分子)の広がりが大きくなればなるほど、その面積(水分子の体積)は大きくなっていくのです。

質量:固体=液体=気体

体積:固体<液体<<気体 液体から気体への体積変化は特に大きい!

ただし水の状態変化の場合

体積:液体<固体<<気体 となるので覚えておきましょう。

\次のページで「2.呼び名が変わる状態変化の過程」を解説!/

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