3、物質の姿と状態変化



1)物質を構成する粒子

物質は粒子の集まりである。ここで粒子とは原子分子またはイオン(ここでは、それぞれの説明はしない)である。



2)物質の三態

  物質は温度によって、固体液体気体いずれかの状態をとる。これを物質の三態という。固体,液体,気体の違いは、物質を構成する粒子の状態の違いである。

固体、液体、気体のモデル


3)物質の状態と粒子間の引力,熱運動

物質を構成する粒子は、その温度に応じた熱運動をしている。また、粒子間には引力が働くため、温度により固体・液体・気体の状態をとる

 固 体‥‥低温の状態では、物質を構成する粒子の熱運動が小さいので、粒子間の引力の影響が大きくなり、粒子は規則正しく配列して固体となる。粒子は決まった位置を中心にわずかに振動している。

 液 体‥‥固体の状態よりも温度が高くなると、粒子の熱運動も大きくなるので、粒子が一定の体積中に詰まっていて、互いに粒子間で引き合っているが、比較的自由な運動をしている。

 気 体‥‥高温の状態になると、粒子の熱運動がさらに激しくなり、粒子間の引力の影響が無視できるようになると、粒子は広い空間を自由に飛び回るようになる。



4)物質の状態と体積

    固体,液体のそれぞれの体積は一定(変化しない)

     ☆ 固体から液体に状態変化した場合、一般に、液体のほうが体積が大きい。 (液体の方が固体より粒子が動けるから。)


例外)水は固体のほうが液体より体積が大きくなる。(粒子が小さく、液体では粒子がすき間に入り込むから)


    気体 ・・・ 温度を高くするほど、大きくなる高温にするほど粒子は熱運動が激しくなり、より動くから。



5)状態変化とエネルギー(熱)

  固体状態の純物質を、一定の割合で加熱していくとき、その物質の状態と温度変化を図示すると次のようになる。

状態変化とエネルギー

図.物質の状態変化と温度

  B→C,D→Eでは熱を加えているのになぜ温度上昇が見られない。

  加えられた熱は温度上昇に使われるが、ここでは、融解(B→C)や蒸発(D→E)の状態変化に使われてしまうため温度上昇が見られない。


  ☆ 固→液、液→気の変化では、熱が吸収される。逆の変化では放出。


  沸点 物質が沸騰するときの温度  → 物質が凝縮するときの温度でもある。

  融点 物質が融解するときの温度 → 物質が融解するときの温度(融点)でもある。


     ☆ 沸点や融点はその物質で決まっている。例)水の沸点 → 100℃ 水の凝固点 → 0℃


補足)蒸発と沸騰


  蒸発と沸騰はどちらも、液体から気体への状態変化(気化)である。

蒸発:低温でも起こり、液体の表面からのみ気化が起こる現象。

沸騰:ある一定の温度になるとおこり、液体の内部からも気化が起こるため気泡がでて



6)蒸留

2種類以上の液体の混合物を沸点の違いを利用して各成分に分離する操作を分留という。

蒸留

  ビーカーやフラスコに液体を入れて加熱する場合は、必ず金網を敷き、その下からガスバーナーで加熱する。直接加熱すると、局部的に熱せられ、器具が破損する恐れがある。



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