化学物質の状態・構成・変化理科

物質の三態「固体 液体 気体」〜物質の3つの姿の違いを理系ライターが解説

よぉ、桜木建二だ。
同じ物質でも温度(or圧力)を変えると、姿を変える。氷を温めると水になり、更に温めると蒸発して水蒸気に。

3つの姿は温度が低い順に固体、液体、気体。これらの違いは何だろうか。固まっていたら固体、ドロドロ流れるのが液体、蒸発してしまえば気体?その違いは明確かい?

この記事では物質をミクロに観察しながら固体、液体、気体の違いを印象付けていこう!理系ライターR175と解説していくぞ!

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。

R175

ライター/R175

理科教員を目指すブロガー。前職で高温電気炉を扱っていた。その経験を活かし、教科書の内容と身近な現象を照らし合わせて分かりやすく解説する。

1.物質の三態

image by iStockphoto

固体、液体、気体の3つの状態をまとめて、「物質の三態」と呼びます。

巨視的に見れば、固体は体積も形状も維持、液体は体積を保つけど形状は維持しない、気体は体積も形も定まっていない状態。

固体の温度を上げていくと、だんだんトロっとしてきて液体になり、さらに温度を上げると蒸発して体積も定まらない気体の状態に。

物質の三態に関してざっくりとしたイメージはつきますね。この記事では、それぞれの状態の時の物質内部の様子をもう少し詳しく見ます。そうすることで、物質の三態への印象を強くしていきましょう。

image by Study-Z編集部

物質の3態(固体、液体、気体)の違いは表のようにまとめることができます。

image by Study-Z編集部

ほっとけば引き合う

基本的に原子同士、分子同士は(ある程度の距離までは)お互いくっつこうとするもの。お互いくっついて固体になります。

水の場合を見ましょう。酸素原子Oの周りにあと2個電子があったら非常に安定するもの。「この辺とこの辺に電子があったらいいのにな」といった状態。そこに水素原子Hの分の電子がやって来ます(当然水素原子も一緒に)。

H2Oの酸素原子O側は電子がいっぱい集まってくるため、電荷が-気味に、H側は電子があまりないので+気味に帯電しているもの。

水分子の中に+気味のところと-気味のところが存在。-気味のところに他の分子の+気味のところがくっつきますね。

無理やり離そうとエネルギーを加えない限り、原子同士くっつきます。固体の状態です。

分子の運動が激しいと、くっつききれないため「液体」や「気体」の状態になります。

2.固体

固体は原子の運動がおとなしい状態。1つ1つがあまり暴れていないわけです。原子同士はほっておけばお互い(ある程度の距離までは)くっついてしまうもの。

近付いて気体原子がいくつもつながって物質が出来ています。イラストのようなイメージです。

1つ1つの原子は多少運動していますが、隣の原子や分子と場所を入れ替わるほど運動は激しくありません。

固体でのルール:「お隣の分子や原子とは常に手をつないでなければならない」。順番交代は不可ですね。

ミクロに見て配列の順番が入れ替わらないということは、マクロに見て形状を保っている状態なのです。

2-1.融点

2-1.融点

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固体の温度を上げていく、つまり物質を構成する原子の運動を激しくして見ましょう。

運動が激しくない時はあまり動かなかった原子たちも運動が激しくなると、その場でじっとしていられません。となりの原子と順番を入れ替わったりし始め液体の状態になり始めます。

この時の温度が融点です。

原子の種類や元々の並び方によって、配列を入れ替えるのに必要なエネルギが決まっているもの。ちょっとのエネルギで配列を入れ替えられる物質もあれば、かなりのエネルギーを与えないと配列が乱れない物質もあります。

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