理論化学

物質は固体・液体・気体の三態の間で変化をする

はじめに

物質には、固体・液体・気体という3つの状態があります。例えば、氷が溶けて水になり、水蒸気となるように物質の状態はその三態の間で変化します。

ここでは、状態変化の様子と仕組みを見ていきましょう。

物質の三態

博士

今日は物質の三態について勉強しよう。
物質には主に3つの状態があり、これを三態と言うんだけど、具体的に何のことかわかるかな?

ケミ太

固体と液体と気体ですね。

博士

そうだね。例えば水には氷という固体の状態、液体の水の状態、水蒸気という気体の状態があるね。どんな物質にもこのように三態が存在するよ。

ケミ太

三態の間で、物質の状態が変化するんですね。

博士

それを状態変化というよ。物質は温度や圧力の条件によって三態の間で状態変化をするんだ。
固体から液体へ状態変化することを融解、液体から気体に状態変化することを蒸発、といった具合に、状態変化にはそれぞれ名前がついている。少しまとめておこう。

ケミ太

固体から気体、気体から固体はともに昇華なんですか?

博士

そう。
ドライアイス(固体)が二酸化炭素(気体)に変わるのが有名だね。他にもナフタレンやヨウ素も昇華性をもつ物質として有名だよ。

ケミ太

状態変化はそもそもどうして起こるんでしょうか。

博士

ふむ、それには「熱運動」と「分子間力」が大きく関係している。

熱運動

博士

熱運動とは、粒子がしている不規則な運動のことだよ。

博士

例えば気体状態では粒子は空間を自由に飛び回り、液体状態では場所を変えながら移動している。固体の状態でも粒子はその場で振動している。こんな感じだ。

ケミ太

物質を構成する粒子は常に何らかの動きがあるということですね。

分子間力と熱運動

博士

分子間力とはその名の通り、分子と分子の間に働いている力のことだよ。まぁ簡単にいうと、分子同士はお互いに弱い引力で引かれ合っていると思っておけばいい。

ケミ太

その熱運動と分子間力がどうして状態変化に関係するんですか?

博士

熱運動が小さく、分子間力につなぎとめられて粒子が動き回ることができないのが固体の状態だ。そこから温度を上げていくと、熱運動が活発になり、少しずつ動き回ることができる液体へと状態変化する。この状態変化が融解だね。

博士

そこからさらに温度を上げていくと、ついに分子間力を振り切って自由に飛び回るようになる。これが蒸発だよ。このように、熱運動と分子間力は状態変化と密接な関係にあるわけ。

ケミ太

なるほど。凝縮や凝固に関してはその逆、ということですね。

博士

その通り。
温度や圧力の条件によっては、液体を経ずに固体と気体の変化が起こることがあり、これが昇華となるわけだね。

ケミ太

よし!もう完璧です!

博士

じゃぁ問題。
氷が溶けると水になるけど、雪が溶けると何になる?

ケミ太

え??
水じゃないんですか?

博士

春になるよ。

ケミ太

化学関係ないじゃないですか!

まとめ

✔︎物質は固体・液体・気体の三態の間で変化する。
✔︎三態の間での変化を状態変化という。
✔︎状態変化には熱運動と分子間力が深く関係している。

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