状態変化とは何か?物質が状態変化する仕組みを簡単に図解!

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    さてあなたは物質の状態変化という言葉をご存知でしょうか。

     

    いま現在社会人の人でも学生の頃には勉強しているはずの言葉で、
    理科や化学などの分野でよく使用されています。

     

    物質の状態変化は私たちの日常生活においても、
    普段から周囲でよく起こっている現象になります。

     

    そこでこのページでは物質の状態変化とは何か?
    また物質が状態変化する仕組みを簡単に図で解説します。

     

    どうぞご覧ください。

     

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    1.物質の状態変化とは何か?

    では物質の状態変化とは何か見ていきましょう。

     

    結論から言ってしまうと物質の状態変化とは、
    温度によって物質の状態(固体・液体・気体)が変化することを言います。

     

    そして固体・液体・気体の物質の3つの状態のことを”物質の三態”と呼びます

     

     

    上図のように物質には固体・液体・気体の3つの状態が存在していますが、
    それらの状態はその物質の温度によって変化します。

     

    例えば水を0℃まで冷やすと少しずつ氷始めたり、
    反対に水を熱して100℃に達すると沸騰して水蒸気に変化します。

     

    このように物質は温度が変化することで、その状態も変化するんですね。

     

    そして物質によって状態が変化する温度というのは異なります。

     

    水(液体)は0℃で氷(固体)に100℃で水蒸気(気体)に変化しますが、
    純アルコール(液体)は-114℃で固体に78℃で気体に変化します。

     

    なので一口に物質といっても、状態変化に必要な温度はそれぞれ異なるんですね。

     

    このときに物質が液体から固体に変化する温度のことを凝固点(ぎょうこてん)、
    液体から気体に変化する温度のことを沸点(ふってん)と言います。

     

     

    ちなみに一般的に知られている物質が状態変化する温度というのは、
    あくまでも周囲の気圧の大きさが1気圧の場合によるものなので注意してください

     

    さて次の章で物質の状態変化の各名称について解説していきますね。

     

    2.状態変化の各名称について

    では物質の状態変化の各名称について見ていきましょう。

     

    物質の状態には固体・液体・気体の3つの状態(物質の三態)が存在しており、
    物質が各状態へと変化する際にそれぞれ異なる名称が付けられています。

     

     

    上図では気体から固体に変化する状態変化のことを”凝結”と示していますが、
    ”凝結”の箇所を”昇華”と表しても構いません

     

    以前までは気体→固体と固体→気体の変化のどちらとも昇華と示していましたが、
    最近ではそれぞれ分けられて気体→固体は凝結、固体→気体は昇華とすることが多いです。

     

    ただ凝結の箇所を昇華と書いても特に間違いではありませんが、
    もし授業で習った内容が凝結であるならばそのまま凝結と書いた方が良いでしょう。

     

    また物質の状態が変化することでその物質の体積は変化していき、
    ほとんどの物質は固体→液体→気体になるにつれて体積が大きくなります。

     

    このときに物質の体積は変化しますが、質量については変化しないので覚えておきましょう。
    (この法則のことを”質量保存の法則”と言います)

     

     

    しかし私たちがよく知っている物質で、上のような体積変化とは少し異なる物質があります。

     

    その物質が何かというと、水になります。

     

     

    普通の物質であれば液体から固体に変化すると体積は小さくなりますが、
    水に限っては氷(固体)に変化したときの方が体積が大きくなるんですね。

     

    水(液体)の中に氷(固体)を入れると氷が浮くのは、
    氷の密度が水よりも小さいので氷が水の上に浮きます。

     

    もし他の物質と同様に固体である氷が液体の水よりも体積が小さければ、
    水の中に氷を入れても氷の方が水よりも密度が大きくなるために沈んでしまいます。

     

    次の章で物質が状態変化する仕組みを簡単に図解していきますね。

     

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    3.物質が状態変化する仕組みを簡単に図解!

    では物質が状態変化する仕組みを簡単に図解していきます。

     

    物質の状態には固体・液体・気体の3つの状態がありますが、
    物質の状態はそれぞれ温度が変化することで異なる状態に変化します。

     

    そして物質の温度が変化することが一体どういうことなのかを理解できれば、
    物質が状態変化する仕組みは簡単に理解することができます。

     

    まず物質の温度が変化するということは簡単に言えば、
    物質を構成している原子・分子の動きの激しさが変化するということです。

     

     

    上図のように物質を構成している原子・分子の動きが激しいほど温度は高く、
    反対に原子・分子の動きが穏やかであればその物質の温度は低くなります。

     

     

    物質のそれぞれの状態(固体・液体・気体)というのは、
    物質を構成している原子・分子同士による繋がり方で決まっています。

     

     

    上図のように物質の原子・分子は、それぞれ繋がり合うことで状態を形成しています。

     

    なので物質が状態変化する仕組みはその物質の温度を変化させることにより、
    原子・分子の動きの激しさが変わるため繋がり方も変わってしまうからなんですね

     

     

    物質の温度が高くなるほど原子・分子の動きが激しくなるので繋がりが切れやすくなり、
    反対に物質の温度が低くなると動きが穏やかになるのでそれぞれが繋がりやすくなります。

     

    だから物質は熱していくと原子・分子同士の繋がりがほとんど切れた状態の気体に変化し、
    冷やしていくと原子・分子同士の繋がりが強い固体に変化するんですね。

     

     

    また物質が状態変化することで体積が変化しても質量が変化しないのは、
    単純に物質を構成している原子・分子の動きの激しさが変わっただけだからです。

     

    例えばA君を物質を構成している原子・分子だと考えてみましょう。

     

     

    A君が歩いたり走ったりすることで動きが変化したところで、
    A君の動ける範囲(体積)は変わりますがA君の体重(質量[kg])は特に変化しませんよね?

     

    これと同じで物質の状態によって変化するのは、その物質の体積だけになります。

     

    以上が「状態変化とは何か?物質が状態変化する仕組みを簡単に図解!」でした。

     

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    4.まとめ

    これまで説明したことをまとめますと、

    • 物質の状態変化とは、温度によって物質の状態(固体・液体・気体)が変化すること。
    • 状態変化する仕組みは、原子・分子の動きが変化することでそれぞれの繋がり方が変化するから。
    • 物質が状態変化しても質量は変わらない(変化するのは体積のみ)。

     

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