【動画解説】危険物取扱者 乙種 物理及び化学① 物質の三態

物理と化学(乙種)

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【15分で全て解説】危険物取扱者乙4対策「物理と化学」を15分で1週しよう!まずは全体像をつかむことが大切

ここでは「物質の三態」を学習します!

 

苦手な人も多い、物理と化学!

でも、勉強してみたら「意外に面白い!」んですよ。

 

危険物乙種では必須の項目であり、化学の基礎でもある、物質の「物質の三態」を学習していきましょう。

物質の三態とは

世の中の物質は「固体」「液体」「気体」の3つの状態を示します。

これを「物質の三態」といいます(3つの状ってことですね)。

 

Point:物質の三態
  1. 固体 (例えば氷)
  2. 液体 (例えば水)
  3. 気体 (例えば水蒸気)

 

よく水で例えられますね。

固体は氷液体は水気体は水蒸気です。これはイメージしやすいですね。

 

氷が解けて水になったり(固体から液体)、水が沸騰して水蒸気になったり(液体から気体)するなど、それぞれの状態は別の状態に変化することができます。

そして、この状態変化には名前がついていて、これが試験のポイントになりますので、しっかり学習していきましょう。

三態の状態変化について

固体⇔液体の変化は「融解」「凝固」


水の固体状態である「氷」

固体から液体になる現象を「融解」で、液体から固体になる現象を「凝固」といいます。

物質の三態
※青矢印、赤矢印の放熱、吸熱は後述しますので一旦飛ばしてください。

Point:固体と液体の状態変化
  1. 融解:固体→液体になる現象
  2. 凝固:液体→固体になる現象(融解の逆)

 

融解は氷から水へ変化するような現象のことです。氷を温めると水になる、水を冷やすと氷になる、まさにそれらの現象が融解と凝固です。

 

では、塩を水に溶かした場合はどうでしょうか?

塩が水に溶けて、あたかも液体になったように見えますが、これは「融解」ではありません。

この現象は「溶解」と呼びます。

つまり、何かに溶けて液体になるのではなく、固体そのものが単独で液化することを融解と呼びます。

 

液体⇔気体の変化は「蒸発」「凝縮」

 

液体から気体になる現象を「蒸発」で、気体から液体になる現象を「凝縮」といいます。

物質の三態 (1)

 

Point:液体と気体の状態変化

  1. 蒸発:液体→気体になる現象
  2. 凝縮:気体→液体になる現象(蒸発の逆)

 

蒸発はお馴染みの言葉なので覚えやすいですね。

「凝縮」は「凝固」と似ているので間違いやすいので注意しましょう。

 

「固」体になるものは凝「固」、と覚えておきましょう

固がつかない凝縮は、気体から液体への変化です。水が沸騰して水蒸気になることを想定したらわかりやすいでしょう。

 

固体⇔気体の変化は「昇華」

 

固体から気体、気体から固体になる現象を「昇華」と呼びます。

昇華という言葉は少し聞きなれないと思いますが、覚えてしまいましょう!

 

Point:
昇華:固体→気体、気体→固体になる現象

 

両方向とも同じ表現だと、固体から気体への変化のことを言っているのか、あるいは気体から固体の変化のことを言っているのかわからなくなるので困りそうな気がしますが、同じだから仕方ないですね。

 

昇華の例としてよく用いられるのが固体の二酸化炭素、いわゆるドライアイスです。

ドライアイスの塊を放置しておくと、黙々と白煙があがり気体への変化していく様子がわかると思います。ドライアイスのように固体から気体になること(その逆も)を昇華といいます。

※補足
この昇華ですが、ほとんどのケースでドライアイスで説明されます。ではその他の物質は昇華しないのでしょうか?そんなことはありません。私たちが生活する環境下では昇華しない、ということになります。圧力や温度が特定の条件になったときにはじめて昇華が確認されるというだけです。

 

「吸熱」「放熱」を理解しよう

物質が熱を吸収することを吸熱といいます。

物質が熱を放出することを放熱といいます。めっちゃ簡単でしょ?

 

Point:

  1. 吸熱:外から加えられた熱を吸収すること
  2. 放熱:外へ熱を放出すること

 

では、吸熱した物質はどうなるか?

当然温度が上がります。温度があがると、融解や蒸発が起こります。つまり、融解や蒸発、昇華は吸熱の現象ですね。

逆に、吸熱した物質はどうなるか?

当然温度が上がります。温度があがると、融解や蒸発が起こります。つまり、融解や蒸発、昇華は吸熱の現象ですね。

 

氷は温めれば水になります。

この場合、水や氷は外にある熱を吸収したといい、このことを「吸熱」と呼びます。融解(固体から液体)、蒸発(液体から気体)、昇華(固体から気体)などの、温めることで発生する現状は、すべて吸熱です

 

では逆に水を冷やして氷にする例を考えてみます。

この場合、水はどんどんと冷えていきます。

言い換えると、水が「もともと持っていた熱を外に放出した」とも言えるわけです。

このことを「放熱」といいます。凝固(液体から固体)、凝縮(気体から液体)、昇華(気体から固体)などの、冷やすことで発生する現状は、すべて「放熱」です。

 

吸熱:外から加えられた熱を吸収すること(温められた状態)。温めて起こる状態変化は「吸熱」
放熱:外へ熱を放出すること(冷やされた状態)。冷やされて起こる状態変化は「放熱」

 

※補足
物質を温めることを化学的な表現を使うと「熱エネルギーを加える」といいます。つまり、物質が熱エネルギーを蓄えることを吸熱、物質が熱エネルギーを放出することを放熱といいます。

 

ここまでで一旦まとめましょう

 

赤い矢印で描かれた、「融解」、「蒸発」、「昇華(固体から気体)」はすべて吸熱です。一方、青い矢印で描かれた「凝固」、「凝縮」、「昇華(気体から固体)」はすべて放熱です。

 

溶解・潮解・風解を理解しよう

融解部分で触れましたが、融解と紛らわしい現象として、溶解、潮解、風解があります。ここで一気に覚えておきましょう。

 

溶解:
塩が水に溶けるように、固体が液体と混ざり合って一つの液体のようになること。
平たく言うと、物質が液体に溶ける現象です。
溶けた液体を「溶液」と呼び、溶けたもの(この場合は塩)を「溶質」、溶かすものを溶媒と呼びます。

潮解:
固体が空気中の水分を吸収して溶けてしまう現象。塩や砂糖を外においておくとベタベタしてくるような現象です。

風解:
これは潮解と逆で、固体がもともと持っていた水分(結晶水)を、乾燥により失って、崩れるように粉末状に変化する現象です。

 

問題 これができたらOK!

  1. 数の①~⑥の現象名をすべて答えなさい。
  2. 上図のなかで、吸熱であるものはどれか番号で答えなさい。
  3. 上図のなかで、放熱であるものはどれか番号で答えなさい。
  4. 食塩が水に溶ける現象名を答えなさい。
  5. 砂糖が外気に触れて溶けたようになる現象を答えなさい。
  6. 物質がもともと持っていた水分を失って粉上に変化する現象を答えなさい。

 

 

回答

  1. 下図の通り
  2. ①、③、⑤
  3. ②、④、⑥
  4. 溶解
  5. 潮解
  6. 風解

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