状態変化とは
物質はあたためたり、冷やしたりすることで固体、液体、気体と状態が変化する。
このように温度によって物質の状態が変わることを状態変化という。
固体を加熱すると液体になり、液体を加熱すると気体になる。
また気体を冷やすと液体に、液体を冷やすと固体になる。
物質によっては固体から気体、気体から固体へ直接変化するものもある(ドライアイスなど)
状態変化と体積・質量
質量は状態変化しても変わらないが、体積は固体より液体が大きく、さらに液体から気体になると体積は飛躍的に大きくなる。
ただし、水だけ例外で液体より固体の体積が大きい。
状態変化と体積
固体＜液体＜気体
(とくに気体は体積が非常に大きい)
状態変化では体積は変化するが、質量は変化しない。
粒子のモデル
物質は目に見えない小さな粒子でできていて、状態変化すると粒子の並び方や運動の様子が変化する。
固体は粒子が規則正しく並んでほとんど移動しない、加熱すると粒子の運動が激しくなって、やがて粒子どうしがふれあいながらも比較的自由に動くようになる。
この状態が液体である、このとき粒子どうしの間隔が広がるので体積は大きくなるが粒子の数は変わらないので質量は変わらない。
さらに加熱すると粒子の運動が激しさを増し、粒子が自由に飛び回るようになる。この状態が気体である、やはり粒子の数は変わらないが、
粒子が飛び回り粒子どうしの間隔が非常に広くなるため体積が飛躍的に大きくなる。
水は例外
水を水蒸気にすると体積が飛躍的に大きくなり、この性質は他の物質と同じである。 ところが、水以外の物質は固体より液体のほうが体積が大きくなるのに対して水だけは液体より固体のほうが体積が大きくなる(約1割)。このため、水を凍らせると氷が盛り上がる。また、体積が大きく質量が同じため、水より氷のほうが密度が小さいので氷は水に浮く。 要点の確認
答表示温度によって物質の状態が変わることを状態変化という。 固体を加熱すると液体になり、それをさらに加熱すると気体になる。 体積は固体より液体が大きく、さらに気体は体積が飛躍的に大きくなる。 状態変化では体積は変化するが、質量は変化しない。 物質は目に見えない小さな粒子でできていて、状態変化すると粒子の並び方や運動の様子が変化する。 固体は粒子が規則正しく並んでほとんど移動しない、 固体を加熱すると粒子の運動が激しくなって、やがて粒子どうしがふれあいながらも比較的自由に動くようになる。 この状態が液体である、このとき粒子どうしの間隔が広がるので体積は大きくなるが粒子の数は変わらないので質量は変わらない。 液体加熱すると粒子の運動が激しさを増し、粒子が自由に飛び回るようになる。この状態が気体である、やはり粒子の数は変わらないが、 粒子が飛び回り粒子どうしの間隔が非常に広くなるため体積が飛躍的に大きくなる。 水だけは液体より固体のほうが体積が大きくなる(約1割)。 水より氷のほうが密度が小さいので氷は水に浮く。
状態変化と温度
融点
固体がとけて液体に変化するときの温度を融点という。
融点は物質の種類によって決まっている。
固体を加熱して液体に変化するときも、液体を冷やして固体に変化するときもおなじ融点である。
固体の純物質が液体に変化する間、加熱を続けても温度は一定である。
沸点
液体が沸騰して気体に変化するときの温度を沸点という。
沸点も物質の種類によって決まっている。 液体を加熱して気体に変化するときも、気体を冷やして液体に変化するときも同じ沸点である。
純物質が沸騰している間は加熱を続けても温度は一定である。
純粋な物質の沸点、融点は一定なので、
加熱した場合、図のようにグラフに水平の部分ができる。
沸点や融点は物質の種類によって決まった値で、物質の量には関係ない。
物質融点(℃)沸点(℃)鉄15362863銅10852571塩化ナトリウム8011485パルミチン酸63360ナフタレン81218メントール43217水0100エタノール-11578ブタン-138-0.5窒素-210-196酸素-218-183
蒸留
混合物の加熱
混合物の融点や沸点は純物質とちがって一定にはならない。
また、温度変化の仕方も混合する割合によって変わる。
例
水とエタノールの混合物を加熱した場合
【実験】エタノールと水の混合物の加熱
図のような装置で、水とエタノールの混合物を加熱する。
温度計の球部は枝の高さにして、蒸気(気体)の温度をはかる。
たまった液体にガラス管の先がつからないようにする。
３本の試験管に出てきた液体を順に約2cm3ずつ集めて、加熱をやめる。
それぞれの試験管にたまった液体の性質を調べる。
におい、火はつくか。
【結果】
1本目の試験管が最も強いエタノールのにおいがして、2本目もエタノールのにおいがしたが、3本目はあまりにおいがしなかった。
1本目にたまった液体は燃えたが、2本目、3本目の液体は燃えなかった。
1本目の試験管の液体が含まれるエタノールの割合がもっとも高く、次第に含まれるエタノールの割合が低くなる。
エタノールの沸点78℃くらいから沸騰が始まるが温度は上昇し続ける。
初めに出てくる気体はエタノールが多く水は少し、後のほうで出てくる気体はエタノールが少なくなり水を多く含む。
蒸留
液体を加熱して沸騰させ出てきた液体を冷やして再び液体として集める方法を蒸留という。
蒸留を利用すると、物質の沸点のちがいから混合物を分離することができる
例・・・石油、アルコール
答表示固体がとけて液体に変化するときの温度を融点という。 液体が沸騰して気体に変化するときの温度を沸点という。 融点や沸点は物質の種類によって決まっている。 固体の純物質が液体に変化する間や沸騰している間、加熱を続けても温度は一定である。 混合物の融点や沸点は純物質とちがって一定にはならない。 エタノールの沸点78℃くらいから沸騰が始まるが温度は上昇し続ける。 初めに出てくる気体はエタノールが多く水は少しで、後のほうで出てくる気体はエタノールが少なくなり水を多く含む。 液体を加熱して沸騰させ出てきた液体を冷やして再び液体として集める方法を蒸留という。 蒸留を利用すると、物質の沸点のちがいから混合物を分離することができる
「【実験】水とエタノールの混合物の加熱」重要用語
液体エタノール気体固体混合物酸素純粋な物質状態変化蒸留窒素ドライアイス物質沸点密度融点