化学基礎 ①基礎の化学〜状態変化〜

寒くなってきたにも関わらず、下のヒートテックが1枚しかなくて、2日に1回凍えているaokuookikuです。

今回の内容は、状態変化。

では、やっていきましょう!

目次

物質の三態

世の中にある物質は、少し特別な場合を除いて、

固体」、「液体」、「気体」のいずれかの状態で存在しています。

それぞれどのような状態かというと、

「固体」ある程度の硬さと一定の形を保っている状態(例:氷)

「液体」体積は変化しないが、流動的に形を変化し、決まった形を持たない状態(例:水)

「気体」決まった体積や形を持たない状態。基本的に目に見えない。(例:水蒸気)

この3つの状態を物質の三態と呼んでいます。

三態の違い

より細かく見た時に、この3態の違いは何でしょうか。

例として、氷(固体)、水(液体)、水蒸気(気体)の違いを考えてみます。

氷、水、水蒸気は、化学式で書くと、どれもH2Oと表されます。

つまり、その物質を構成している粒子は同じH2Oです。

では、違いは何か。

それは、集合の状態です。

構成粒子であるH2Oが、どんな様子で集まっているのか、で状態が決まります。

その様子は、以下の通りです。

固体」・・・粒子が密集しており、その位置は固定されていて、小さく振動(熱運動)している。

液体」・・・粒子は部分的に集まっているが、その位置は固定されておらず、入れ替わることができる。

気体」・・・粒子は単独で、大きく振動している。

小さな粒子がある程度の密集状態にある「固体」と「液体」は視覚で認識できるが、

粒子1つ1つで動いている「気体」の状態のものは、基本的に視覚で捉えられない、というのも、この粒子の集合状態の違いから理解できる性質の一つです。

状態変化

「状態変化」とは、三態(固体、液体、気体)間での変化であり、上記の粒子の集合の状態をよく理解していると、なぜそれが起こるのかがよくわかると思います。

状態変化を理解するポイントは次の2つで、

熱運動

分子間力

です。

①に関しては、こちらの記事に詳しく書いていますので、参考にしてみてください。

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②分子間力とは、粒子間にはたらく力のことです。ここでは、粒子同士が引き合う力と解釈してください。地球が、多くの物質を引きつけているのと同じように、小さな粒子もある程度、他の粒子を引きつける力をはたらかせているということです。

まず、固体の状態というのは、粒子が密集し、お互いが位置を変えられない状態のことを言います。

これを「熱運動」と「分子間力」で説明すると、

温度が低い状態だと、粒子の振動が弱いために、分子間力に逆らう力が生まれず、それによって互いに引き寄せられ、密集している状態。です。

では、ここから温度を上げられると、どうなるでしょうか。

温度が上がる(熱を加えられる)ほどに、熱運動は大きくなっていきます。そして、熱運動が生み出す力が分子間力よりも大きくなった時(熱運動>分子間力)に、密集状態が崩れていき、粒子は互いに位置を変え始めます。

これが液体という状態です。ただ、この時には、まだ分子間力から完全に自由になってはいないので、「密集状態が崩れかかっている」という表現の方が正しいかもしれません。

熱を加えることによって、固体が液体に状態変化する仕組みがこれです。

ここから、さらに熱が加えられると、粒子の熱運動はさらに激しくなり、完全に分子間力から自由になります(熱運動>>>分子間力)。

そうすると、粒子は分子間力を無視して、一つずつで自由に飛び回るようになり、気体へと状態変化していきます。

状態変化の名称

各状態変化には、個別の名称がつけられています。

固体→液体 「融解

液体→気体 「蒸発

気体→液体 凝縮」 *粒子の集合状態が、バラバラ(気)から集まってくるので、「凝」の字を使う。

「凝」・・・凝視(視線を集める)など、何かを集める時に用いられる字

液体→固体 「凝固」 *

固体⇄気体 昇華

最後に…

状態変化は、日常の中にたくさんあります。

洗濯物が乾くのも(蒸発)、冷凍庫で水が固まるのも(凝固)、夏に冷たいジュース飲んでるとコップがびちゃびちゃになるのも(凝縮)、状態変化です。

生活の中に溢れている現象を、なぜそれが起こるのか、ぜひ化学してみてください。

以上です。お疲れ様ー

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