物体は3つの状態をもつ
その3つとは固体、液体、気体の3つ状態です。
水で説明すると、固体は氷、液体は水、気体は水蒸気になります。
氷と水と水蒸気の違いは何か。それは温度の違いです!
水は0℃で氷になり、100℃で沸騰して水蒸気になります。
このように、温度によって固体⇔液体⇔気体と状態が変化することを状態変化といいます。
ちなみに、固体から液体に変化せずに、一気に気体に状態変化をする物体もあります。
それはドライアイスです。ドライアイスは溶けても水のような液体にならず、二酸化炭素として気体になるため、ケーキの保冷剤として利用されています。
固体→液体の状態変化を融解、液体→固体を凝固
液体→気体を気化(蒸発)、気体→液体を凝縮
固体→気体を昇華、その逆の気体→固体も昇華といいます。
固体、液体、気体の違いはなんだろう?
状態変化のポイントは温度です。温度によって何が変わるのか?
それは、物体をつくっている粒子の運動が変わります!
すべての物体(私たちの体も含めて)は粒子という小さな粒でできていて、その粒子は運動(動くこと)をしています!
そして温度が高いほど、激しく運動します!この運動の差が状態の違いです。
固体は規則正しく並んでいますが、わずかに振動しています。氷をイメージするとわかりやすいですが、水とは違い決まった形があるので、触ることができます。
液体はある程度自由に動くため、ものを溶かすことができます。(拡散)
気体は激しく飛び回っています。そのため水が水蒸気に変化すると体積が1000倍以上にもなります。
イメージはそれぞれ
固体は教室に全員座っている
液体は休み時間になって、友達と話したり、トイレに行ったりと少しバラバラになっている
気体は業後になって、それぞれ家にバラバラに帰っている
というような感じです。
体積は基本的に気体>>>液体>固体というようになります!
そのため、密度は固体>液体>>>気体というようになります!!
が、「水」は違います!液体>固体>>>気体となります。実験をしてみましょう。
物体を状態変化させてみよう!
温めて液体にしたろう(ろうそく、パラフィンともいう)をビーカーの中に入れ、液体の状態でビーカーに油性ペンで線を引きます。このまま冷やして固体にすると、下の写真のように中央がへこんで体積が小さくなります。
固体に状態変化することで、粒子が密集して体積が小さくなるわけですね。
水の場合は冷やして固体(氷)にすると体積は少し大きくなります。これは、水の粒子が規則正しく並ぶと、すき間の多い状態で並ぶので、自由に動ける液体の状態のほうが体積が小さくなるんです。
氷が水に浮くことからも氷のほうが密度が小さい(=体積が大きい)ことがわかります。凍らせたペットボトルは膨らんでますよね。
ちなみに、水は4℃の時に最も体積が小さくなります。
※ろうと同じ実験を行おうとして、ビーカーに水を入れて凍らせると、水が膨張してガラスのビーカーが割れて危険なのでしないようにしましょう。
エタノール(お酒や消毒に含まれる)を袋に入れてから、お湯(78℃以上)で温めると袋が膨らみます。これは、エタノールが液体⇒気体に状態変化を起こしているからです!
オマケ 4つ目の状態
じつは気体の温度をさらに上げていくと「プラズマ」という粒子の中身が分かれた状態の高いエネルギーを持つ状態になります。
例えば、オーロラや太陽、雷はプラズマです。発見までの歴史がそれほど深くないので、研究中の部分も多いですが、蛍光灯や医療用レーザー、工業用集積回路など多くの場所で利用されています。
さらにオマケ、固体の温度を下げていくと粒子が全く動かない状態になります!この時の温度は−273.15℃で絶対零度といいます。粒子がこの温度になると二度と動くことはありません。つまり粒子の死ですね。
まとめ
物質は「固体」「液体」「気体」の3つの状態を持つ
温度によって状態が変わることを状態変化という
基本的に体積は気体>>>液体>固体だが、水は気体>>>固体>気体になる
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