固体、液体、気体の違いは運動の違い

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。

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ビーカーに入れたろうを固体に状態変化させた

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

中1化学物理
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プロフィール
ゆうしろ

公立中学校の現役教員です。
専門は生物学で、中学・高校理科の教員免許を持っています。
子供のころ勉強に使っていた学習サイトを自分でも作りたくでトライし始めました!
理科の授業を「何度でもふりかえる」ことが出来るように、知識+思考力がつくサイトにしていきます!

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コメント

  1. Keikoring より:

    夕白さん、状態変化についてよく分かりました!!氷が解けると少し水の量が増えるってことですよね(合ってるかな?)水が4度で一番体積が小さいなんて(恥ずかしながら)初耳です。ありがとうございます。小学生並みのコメントですみません。