物理・化学の基礎１

こんにちは、あさとです。

今日も危険物の勉強をしていきましょう。

今日は固体・液体・気体について勉強します。

知ってるよ、という人もいるかと思いますが、知っているところが問題に出てそれを間違えると、合格から遠のいてしまうのでしっかりと見ていってほしいと思います。

まず、物質には３つの状態があります。

それが固体・液体・気体です。

固体は、一定の形と体積がある状態のことです。氷が例ですよね。

液体は、一定の形はなく、一定の体積がある状態のことです。水がそうですよね。

気体は一定の形も体積もない状態のことです。水蒸気がそうです。

まずは、基本ですが、固体液体気体がそれぞれどんなものなのかということをしっかりと押さえておきましょう。

次に、状態の違いは何によるものかということを説明します。

物質の状態の違いは分子同士の結びつきの強さによります。

例えば、氷も水も水蒸気も全部水分子によってできています。

でも、その水分子同士の結びつきの強さが違うので、状態が違っているのです。

例えば、氷の場合は水分子同士の結びつきが非常に強いです。

だから分子同士が動きにくく、氷の形を保っています。

水の場合、水分子は分子同士の結合がゆるやかです。だから氷に比べ、水は動くことができるんですね。

そして、水蒸気になると、さらに水分子同士の結合が切れます。

そうなると、水分子それぞれが自由に動くことができるので、形も体積も一定ではなくなります。

分子同士がどれだけ結びついているかが物質の状態を決めるんですね。

物質が固体から液体になったり、液体から気体になったり、またその逆で気体から液体になったりなど、物質の状態が変化することを状態変化と言います。

そのままですね。でもこの言葉は大事なので、覚えてください。

では、それぞれの状態変化の呼び方を紹介します。これも重要なので覚えてください。

まず、固体から液体になることを融解と呼びます。溶解と間違えることが多いので注意してください。融解です。

次に、逆に液体から固体になることを凝固または固化と言います。固まるということですね。

次に液体から気体になることを蒸発または気化と言います。これは聞いたことがありますよね。

次に、気体から液体になることを凝縮または液化と言います。

次に固体から気体にいきなり変わるものもあります。これを昇華と言います。

例えばドライアイスなんかがそうです。あれは二酸化炭素でできていますが、ドライアイスは固体から気体になります。

そして逆に気体から固体になることも昇華と言うんですね。

これらの状態変化は温度や圧力によって変わります。温度で変わるのはわかりますよね。

圧力によっても変わります。この状態変化は大事なので、覚えましょう。

次に融点と融解熱について説明します。

先ほど状態変化で固体から液体になることを融解と言いますと説明しました。

この固体から液体への状態変化が起きる温度のことを融点と言います。例として水の融点は０度ですね。

ただ、融点になった瞬間に固体から液体になるわけではありません。

氷も急に水になることはないですよね。

水と氷が混ざったような状態の時があります。

物質が固体から液体になるときは、一定の熱エネルギーが必要になります。

この熱エネルギーのことを融解熱と言います。

グラフにしてみると、固体のときは、熱エネルギーをかけると温度が上がります。

次に融点に達したときは、熱エネルギーをかけても温度が上がりません。

これはかけた熱エネルギーが固体が液体に変わるための融解熱に使われているからです。

そして液体になった後は、またかけたエネルギーにしたがって温度も上がります。

融点では固体から液体にするために融解熱が必要になるということを覚えておいてください。

また液体から固体になることを凝固と言いますが、液体が固体になる温度のことを凝固点と言います。

これは融点と同じ温度になります。これも覚えておきましょう。

次に沸点と蒸発熱について説明します。

これは説明した固体から液体への変化と同じようなことが液体から気体への変化の時も起こっていると考えてもらえれえば大丈夫です。

液体から気体への変化のことを蒸発と言いいます。液体から気体への変化は結構自然に起こります。

水もそのまましておけば常温でも勝手に乾いていることがありますよね。

ただ、水を加熱していくと、内部からも液体から気体への変化が起こります。

水を沸かすとぶくぶくと泡が出てきますよね。あれが内部で液体から気体への変化が起きていると言うことです。

これを蒸発の中でもとくに、沸騰と言います。そしてこの沸騰が起きる温度を沸点と言います。

例として水の沸点は１００度です。

この液体から気体の変化も瞬時に起きるわけではなく、液体から気体に変わるためにエネルギーが必要になります。

このエネルギーのことを蒸発熱もしくは気化熱と言います。

こちらもグラフにしてみると、液体の間はかけたエネルギーに従って温度が上がっていきます。

しかし、沸点に

達したときは、熱エネルギーをかけても温度が上がりません。

そして気体になると、また温度が上がり始めるのです。

沸点では液体から気体にするために蒸発熱が必要だと言うことを覚えておいてください。

それでは、次に沸点と気圧の関係についてお話しします。

液体が沸騰すると、内部から蒸気が発生します。この時に発生する圧力を蒸気圧と言います。

沸騰は、この蒸気圧が外部の圧力より大きくなったときに起こるんですね。

水の沸点が１００度と言うのは、１００度のときに発生する蒸気の蒸気圧が気圧よりも大きくなるんと言うことです。

では、山の上に行くと気圧はどうなるでしょうか。普通の気圧よりも低い気圧になります。

すると、水の１００度より低い温度で蒸気圧が山の上での気圧よりも高くなるので、普通の状態に比べ低い温度、つまり１００度より低い温度で沸騰します。

気圧が低くなると沸点は低くなるというように、気圧によって沸点が変わることを覚えておいてください。

それでは、この動画の最後に風解と潮解についてお話しします。

風解とは空気中で水分を失うと、決勝がボロボロの粉末になることを言います。

例として炭酸ナトリウムがあります。

次に潮解とは、逆に空気中の水分を吸収してドロドロに溶けてしまうことです。

この現象が起きる物質の例は塩化マグネシウムなどです。

簡単な説明にはなりますが、ここは重要なところなので、こういう現象があるということを覚えておいてください。