中1化学【状態変化】

このページでは「状態変化とは何か」「状態変化したときの体積や密度の変化」「状態変化が起こったときの温度変化」について解説しています。

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1．状態変化

物質は小さな粒子が集まってできています。

固体・液体・気体という状態は粒子の結びつきが異なります。

固体・・・その粒子が互いにつよく結びついている状態。粒子同士の間隔がせまい。

液体・・・その粒子の結びつきが弱まった状態。粒子同士の間隔が少し広い。

気体・・・粒子の結びつきがなくなった状態。粒子同士の間隔が広い。

温度が高いほど粒子の動きは激しくなります。

固体は粒子の動きがおだやかな状態であり、気体は粒子の動きがもっともはげしい状態ということもできます。

2．状態変化と質量・体積の変化

水以外の物質の場合

水以外の物質の状態変化を考えます。

例えば、ろうそくの「ろう」。（別にほかの物質でもOK）

温度が高くなるほど物質をつくる粒子の運動が激しくなるので、温度が高いほど体積は大きくなります。

反対に、温度が低いほど体積は小さくなります。

つまり固体は体積が小さく、気体は体積が大きいです。(↓の図)

ここで密度を考えてみます。

密度はぎゅうぎゅう、スカスカを表します。

※→【密度】←で詳しく解説中。

どの状態でも質量は同じなので

体積の大きな気体はスカスカ＝密度が小さいです。

体積の小さな固体はぎゅうぎゅう＝密度が大きいです。

つまり表にまとめると↓のようになります。

このことから液体のろうに固体のろうを入れると沈んでしまうことがわかります。

（密度の大きい物質は沈む）

水の場合

水はかなり特殊な性質の多い物質です。

ふつう温度が低い（固体）ほど体積が小さく、温度が高い（気体）ほど体積が大きくなります。

しかし、水の場合はそうではありません！

水は氷になったとき体積が少し大きくなってしまうのです。(↓の図)

なので氷の密度は液体に比べると少しスカスカ＝小さいということになります。

表にまとめると↓のようになります。

このことから氷（固体）は水（液体）に浮いてしまうことになるのです。

（スカスカなもの＝密度の小さなものは浮く）

この「水」と「水以外の物質」（↑ではろう）の違いは超重要。

必ず押さえておきましょう。

なぜ水が氷になると体積が増えるのか、についてはこちらを参考に↓↓↓

→理科ネタ【水が氷になるとなぜ体積が増える？】←

3．状態変化と温度変化

ビーカーに氷を入れガスバーナーで加熱していった時の温度変化を見てみます。

このときの加熱時間、温度変化の関係をグラフに表すと↓のようになります。

このグラフを見てまず注目したいところは・・・

0℃に達したときと100℃に達したときに温度が上がっていないことです。

氷は0℃でとけ始めます（融解し始める）。

また水は100℃で沸騰し始めます。

つまり0℃、100℃ではそれぞれ融解・沸騰という状態変化が起こっています。

状態変化が起こっている最中は温度が変化しません。

それは与えた熱が状態を変化させることのみに使われるからです。

グラフの各点での状態は次のようになっていることを理解しておきましょう。

ではエタノールの場合ではどのようなグラフになるでしょう。

エタノールは融点が－115℃、沸点が78℃です。

水と同じで、状態変化が起こっているときは温度が上がりません。

そのため↓のようなグラフになります。