【動画解説】危険物取扱者 乙種 物理及び化学② 密度と比重 Part.1

物理と化学(乙種)
【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「密度」「比重」を学習します。

「昔から苦手だった・・・」という方も多い項目ではないでしょうか。

 

密度と比重

・密度:「単位体積(1cm3)あたりの重さ(g)」
→イメージは込み具合(人口密度も同じ

・比重:「ある物質の重さと、同じ大きさ(体積)の水の重さとの比率」
→比重が1より大きければ水より重い、1より小さければ水より軽い

密度と比重、なんとなく似ているけど、違いがわかるようなわからないような・・・という人も多い項目だと思います。

両者をしっかりと区別し理解していきましょう。

 

学習ポイント(これをマスターしたらOK)

今回の章では以下の図をマスターすることを目的にしています。

※以下がすべて理解できていたら本章は飛ばしてもOKです。

1. 「密度」とは、単位体積あたりの物質の重さ。計算式は「重さ(g)÷体積(cm3)」
2. 「密度」の基準は4℃の水が1g/cm3であること。
3. 「比重」とはある物質の重さと、同じ体積の水の重さの比率
4. 「比重」が1より大きければ水より重い。つまり、水と混ぜると沈む。
5. 「比重」が1より小さければ水より軽い。つまり、水と混ぜると浮く。

 

密度は「重さ(質量)÷大きさ(体積)」で計算される

まず、密度のおおよそのイメージをつかみましょう。

密度とは、「どれだけギュウギュウに詰まっているか」です(ちょっとざっくりしすぎか・・・)

例えば、おにぎりでも力いっぱい握ったものと、ふんわりと握ったものとでは、同じ大きさであっても重さが違いますよね。これを化学的にいうと密度が異なる、という表現を使います。

これを式で表すと、重さ(質量)÷大きさ(体積)ということになります。

補足:
密度の単位は「g/cm3」です。分子にあるg(グラム)は重さを表す単位ですよね。分母のcm3はわかりますでしょうか?これは体積を表しています。体積は縦(cm)×横(cm)×高さ(cm)で計算しますので、単位はcm3になります。これを立方センチメートルと呼びます。この単位からわかることは、密度とは1立方センチメートルあたり何gか、を示しているということです。

この1立方センチメートルを「単位体積」といいます。

 

密度の基準は「4℃の水」

密度の基準は「4℃の水」です。

4℃の水は密度がちょうど「1g/cm3」となります。

 

このことは、次に出てくる比重を理解するうえでも非常に重要なので覚えておきましょう!

4℃の水の密度は1g/cm3 これが基準!

なぜわざわざ4℃という条件をつけるかというと、これ以外の温度だと密度が変わってしまうからです。

水は4℃の時に最も高い密度となり、それが1g/cm3となるのです。

 

 

比重

まず初めに比重のポイントを記載します。

 

・比重は「ある物質の重さと、同じ大きさ(体積)の水の重さとの比率」
・この時の水は4℃(密度1g/cm3)
・比重が1よりも小さいと「水よりも軽い → 水と混ぜると浮く」
・比重が1よりも大きいと「水よりも重い → 水と混ぜると沈む」

 

もともと比重とは「2つの物質の間の密度の比」です。

2つの物質があったときに、一方の物質の密度と、比較したいもう一方の物質の密度で割ってあげることで求められるのが比重ということです。

ただ、「鉄とアルミ」、「砂糖と塩」のように、毎回まったく異なる2つの物質を比較するのではありません。

一方を「水」で固定するのが一般的です。

「鉄と水」、「アルミと水」、「砂糖と水」、「塩と水」といった具合です。つまり、比重も水を基準として、「水より重いか軽いか」を表す指標となります。

そうすることで、「比重が2であれば(同じ体積の)水より2倍重いよね」、「比重が10であれば(同じ体積の)水より10倍も重いよなぁ」と世界中の人が同じ認識を持つことができます

そして、前項で出てきた通り、この時の水は4℃の時の水です。つまり、密度が1g/cm3の水ですね。

これによって、比重が1より大きければ水より重い、1より小さければ水より軽いということが簡単に理解できます。

何かおかしいことに気づくでしょうか。比重は密度の比であったはずなのに、式では質量の比になっています。

 

 

水に浮くか、沈むか問題

比重の重要な論点として、水と混ぜたときに「浮く」か「沈む」かがわかることです。

比重が1より小さいものは水と混ぜると浮きます反対に比重が1より重いものは沈みます。たとえば、サラダオイルは比重が0.9程度だそうです。ですので、水と混ぜると浮くことになります。一方で、鉄は比重が7.28です。圧倒的に水より重いので、下に沈みます。

 

危険物乙種、第4類で出てくるような液体は、ほとんどは比重1以下です。よって、試験対策的には重いものを覚えましょう。代表例は二硫化炭素です。これは比重が1.3程度もあるので非常に重たい液体です。

※補足
間違いやすいのは重油でしょうか。名前的にいかにも重そうなのですが、比重0.9程度で水より軽いです。
ガソリン、灯油、軽油より沸点が高く、重粘質であることから名付けられているそうです。

 

問題 これができたらOK!

  1. 密度の計算式を答えなさい
  2. 密度が1g/cm3の場合の、水の温度を答えなさい
  3. 比重の計算式を答えなさい。
  4. 比重が0.5の物質の場合、水と混ぜると浮く?沈む?
  5. 重油は水より重く、混ぜると沈む。〇か×か。

 

 

 

回答

  1. 密度(g/cm3) = 重さ(g)÷体積(cm3)
  2. 4℃
  3. 比重=物質の質量(g)÷同じ体積の水の重量(g)
  4. 浮く
  5. ×

リンク

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