華菜（多分生物）

2026/1/25 15:59

物質の成分と元素② 状態変化
ここでまずこれも中学校の復習です
物質の三態…物質が取る3つの状態の事
この3つの状態とは、固体と液体と気体ですよね

そして、この3つの状態においての粒子の動きっていうのもみていきます
状態変化…物質の三態（固体・液体・気体）が互いに移り変わること　この物質の状態って温度とか圧力によって変化したりしますからね

この状態変化は、物理変化の1種なんです

物理変化と化学変化を見抜く方法は必ず見抜けるとは言わないけれども、こうやって自分の心の中に問いかけてみてください
「見た目は変わったけど　中身を無理矢理でも元に戻せるかな？」

戻れば物理変化である可能性が高く　戻らなければ、化学変化である可能性が高いです

そもそも物理変化ってなんですかっていう話なんですけどね
物質を構成する粒子の並び方とか、運動の状態が変わるだけで　粒子の組み合わせは変わらない変化だよね

冬の朝、窓とかに結露がありますよね
空気中の目に見えない水蒸気が冷たい窓ガラスに冷やされて　液体になった
戻せそうじゃないですか？

鉄をプレスして、平たくさせたり（展性）　細く伸ばしたり（延性）

後は、岩石を砕いたりすると岩石との成分は変わりませんよね

基本的に成分が変わらない変化は、物理変化と捉えていただいて結構です

だいぶ簡潔に言いますと　状態が変化するだけであって、物質そのものは変わらない変化が物理変化です。

対して化学変化ですね
中身はそのままで見た目とか状態が変わる物理変化とは違って
物質そのものが別の物質に生まれ変わる変化が化学変化です

氷を温めて水にしたところで、結局は変わらないから、これは物理変化ですよね
水を水素と酸素に分けたらどうですか　中身が変わってますよね。
こういう違いがあります

だから、物理変化は化学式は変化しないけど　化学変化は化学式が変化するんです

だいぶ話が逸れましたね

これで言うと、赤い線が加熱を表していて　青色の線が冷却を表しています
これそれぞれの用語を覚えてもらいたいわけですね

固体を加熱して液体にすること､､､融解
液体を冷却して固体にすること､､､凝固
液体を加熱して気体にすること､､､蒸発（気化）
気体を冷却して液体にすること､､､凝縮（凝結）
固体から液体を経由せずに気体になること､､､昇華
気体から液体を経由せずに固体になること､､､昇華（凝華）

蒸発と沸騰の違いって皆さん区別できますか？

液体の表面から溶媒の分子が気化するのが蒸発
水溜まりの水が少しずつ減るっていうのも　服を干すと乾くっていうのも　
表面の分子なんですよ　そしてこの蒸発の特徴は常温でも起こるってことです
服が100℃になって、表面の水分がブクブクし出して　ってことはないですよね

対して、沸騰は液体全体から分子が気化する
例えば、鍋でスープとかを煮立てるとき　スープの液体全体から蒸気が出て沸騰しているわけです
だから、蒸発とは違って、目で見たときにぶくぶくしてます

だから、皆さん沸点という用語がありますけど　後で詳しくはやるんですけどね　蒸発するときの温度ではなくて、沸騰するときの切り替わり点ですからね


話がだいぶそれました　そして状態変化は物理変化ですよ
水って固体だったら氷　液体だったらそのまま水　気体は水蒸気って言いますが
こいつらの正体って結局全部　水でしょ
状態は変わってるけど、その水という事は変わってないわけですよ　だから物理変化ですね。


そしたら、それぞれの粒子の状態ってどうなってますかね？
常に基本的には粒子って運動しています　この温度による粒子の運動のことを熱運動と言いますね
粒子には、運動エネルギーが働いているから、粒子は温度に応じた運動をしているんだってことです

温度が高いと、エネルギーが大きいから粒子の運動は激しくなるし、
逆に温度が低ければ、エネルギーは比較的小さめなので、粒子の運動は鈍くなりますよね

そしたらもう一つ関連する話で拡散の話をしていきます

こちらの絵ですが、めちゃ下手ですね
こちら青色の絵の具を溶かした水　がっつり濃い青色になってます
そして、何の変哲もないただの水に少しだけ、この絵の具を溶かした水を入れてあげます

そうすると、若干色が薄まって均一になったやつが出てくるんですよ
これ何が起こっているかって言いますと
入れたところから　時間とともにどんどん広がっていったんですね
濃度勾配に従って　濃度が高いところから、低いところに向かって自然と広がっていったんです
実際にはこれ熱運動です

このような感じで　粒子が熱運動によって濃度勾配に従い自然に流れる現象を拡散といいます

皆さんの家の間取りはよくわからないんですが　玄関に行くとカレーの匂いがするなぁみたいなことありません？
キッチンで台所でカレーを作っているのを、実際に見たわけでもないのに　匂いだけでカレーかなって。　
匂いの分子が熱運動して　拡散して部屋中に広がっていって　やがて、それが玄関まで来た
みたいな感じです

ちょっとこれも重要だったので話しましたけど、一旦モデルの話に行きます

この一つ一つの丸は、粒子だと思ってください

こんな感じであります
固体は規則正しく並んでいて、軽く振動している程度
液体は　粒子が、互いにすれ違える程度には自由に動ける　　配列はある程度ばらつきがあるかなって感じ
気体は　ほとんど規則性がなくてバラバラで　粒子が自由に激しく動くわけです

物質の状態って温度と圧力っていう2つの要因によって決まるんですが　地上で生活している以上圧力ってほとんど変わらないから、基本的に状態変化は温度に着目して考えていくことになります。

粒子に働く力については　粒子の間の引力と運動エネルギー　この2つがある　この2つの力に至っては、どんな粒子にも働いてるわけです

この2つのエネルギーの大小の関係性によって物質の三態って決まるんです
くっつきたい　離れたい　この2つはそれぞれ矛盾してるんです
粒子の間の引力のエネルギー＞運動エネルギー→固体
粒子の間の引力のエネルギー≒運動エネルギー→液体
粒子の間の引力のエネルギー＜運動エネルギー→気体

そしたら次は状態変化と温度変化のグラフの読み取りをやっていきます

もう固体とか液体とか気体って書いちゃいましたけれども
グラフの大体の形はこんな感じになります

固体をずっと加熱していくと　温度は上昇していきますよね　でもある温度に差し掛かったところで液体に変化し始めて、保たれるようになりますね
これが固体と液体の間の所　

液体と気体の間にも似たようなフェーズがあるわけですよ
液体に熱を加えていくと、液体の温度が上昇して、液体内部から気体が発生する　いわゆる沸騰ですよね。
先ほど蒸発と沸騰の違いについてやったので、大丈夫だと思うんですけど　蒸発じゃないよ
そしてやっぱり　ここも温度が一定に保たれるようになります

ここでさっきのグラフに少し重要な言葉を書き入れてみますね

書いてみました
この地点の温度を何と呼ぶか
て言う話なんですが、書きましたけど沸点と融点ですね

この固体と液体の間で、一定に保たれているフェーズの温度を融点
そして液体と気体の間で一定に保たれているフェーズの温度を沸点といいます


固体から液体に切り替わるときの温度が融点で
液体から気体に切り替わるときの温度が沸点ですね

そしたら変わらないところの正体は何なのか
実は固体から液体に変わることをなんて言いましたっけ？　融解ですよね。　この融解の途中なんです。
つまり、この状態は固体+液体の状態ってなります
だから、両方ともが共存しているって感じですね


液体と気体の間は　沸騰中となります　つまり液体と気体が共存している状態なんだ
この2つのフェーズにおいては、加熱はしてるんだけど変わりない

そしたらなんでここは温度が変わっていないのか
この話になると、化学基礎の話から脱線しますので　ほんとに軽くだけ説明します。
加えた熱が全て状態変化のためだけに使われるからです　この段階を経て液体とか気体になるわけです。
この物質が状態変化をするときに出入りする熱があるんです　この熱を潜熱といいます
温度を変えることなく状態変化のためだけに使われる熱は潜熱

ちなみに、ちょっと+ αの話として
今は加熱した場合のお話をしましたが　冷却した場合の話も少ししておきます
液体を冷却してあげると、温度はどんどん下がっていき､ある温度に達すると固体に変化し始めます
液体が固体になる変化は凝固って言いましたよね　この凝固が始まる温度を凝固点といいます

純物質の場合、凝固点と融点は一致しますね

そして、やっぱり気体を冷却していくと、温度が低下して液体に変化します　だから凝縮ですからこの温度を凝縮点と言いますね　
凝縮点と沸点は一致します
まとめると､､､

最後に昇華に関連するものとして　固体から気体になる　気体から固体になる
加熱にしても、冷却にしても液体を経由せずにこのような状態を取るのを昇華と言いました

この丸暗記でいいんで覚えてください　昇華しやすい物質はドライアイスとナフタレンとヨウ素　この3つが出てきたら、大体昇華が絡んでるんだなって思っといてくださいね　余裕がある人はパラジクロロベンゼン。これも覚えられるといいですね。
こういうことになります

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