氷/水/水蒸気 一体、何が違うの?

 暑い夏。

 嬉しいことは、洗濯物が、驚くほど早く乾くことでしょうか。

 それとも、みんなで海に出かけて、泳いだり、BBQを楽しむ
ことでしょうか。

  
  ※洗濯物に含まれている水分が蒸発する

 悲しいことは、せっかく、買ったアイスクリームが、
すぐにとけてしまうことでしょうか。

 それとも、スーツ姿で、得意先に出かけて、でも
暑くて汗をかくしベタベタするし、その結果、得意先の
女性社員に「臭い」と言わんばかりの態度をとられる
ことでしょうか。

  
  ※固形のアイスクリームが溶けて液体になる

 

 寒い冬。

 ゴルフ場でも、池が凍ったり、雨の翌日などは、
グリーンまで凍りますね。

 私は、これで、何度も、悔しい思いをしました。
ナイスショットだと思ったら「コーン!!」という
乾いた音がして、私のボールは、無残にもグリーンに
跳ね返されて、そのまま池に”ポチャン”・・・。

  
  ※池の水が凍って氷という個体になる

 冬の雨の日、暖かくした部屋の中から、窓を見ると、
沢山の水滴が付いていることがありますね。

  
  ※空気中の水蒸気が外気に冷やされて液体になる

 上記の例で挙げたものは、水が蒸発したり、固体が
溶けて液体になったりと、いろんなものの状態が変化
した例として取り上げてみました。

 私たちの身の回りでは、このように、様々なことが
起こっていますが、理科では、このような現象のことを
「状態変化」と呼んでいます。

 では、今回は、この「状態変化」について、詳しく
見ていきましょう!!

状態変化

   
 ※ドライアイスのように、固体から、いきなり気体に
  変化することは「昇華」といいます

 では、それぞれの状態のときの違いは何でしょうか?

 まず、頭に浮かぶのは、温度の違いですよね。

 固体(氷)は冷たく、液体(水)は普通の温度(常温)で、
気体(水蒸気)は熱いですよね。

 他に、違いはないのでしょうか。

 実は、それぞれの状態の時の粒子の動きにも、違いがあるのです。

 

 固体 : 粒子(目に見えない小さな粒)は、規則正しく、
      ピッタリとくっついている

 液体 : 粒子どうしがくっついている、比較的自由に動いている

 気体 : 粒子どうしが離れてしまい、活発に動き回っている

 このように、同じ物質であっても、温度の違いによって、
様々な状態に変化しているのです。

 又、物質の状態変化によって、体積が異なることも、上の絵を
見ると、イメージできますよね。

 物質の体積 : 固体 < 液体 < 気体

 ※水だけは例外で、固体の時の方が液体の時よりも体積が大きい

融点と沸点

 融点 : 固体が液体に変化する時の温度

 沸点 : 液体が沸騰(※)して気体に変化する時の温度

 ※沸騰 : 液体の飽和蒸気圧と外圧(大気圧)が等しくなり、
       液体の内部化が気化が生じ気泡が発生する現象

  

 純粋な物質を加熱すると、固体から液体に変化する温度(融点)に
達すると、しばらくの間、温度上昇がとまりますが、固体が全て
液体に変化した後は、再び、温度が上昇し始めますが、液体が
気体に変化する温度(沸点)に達すると、又、温度上昇が止まり、
全ての液体が気体に変化すると、又、温度が上昇します。

 ちなみに、水の融点は0℃、沸点は100℃で、物質の種類に
よって、融点や沸点は決まっています。

【Dr.Keiのワンポイント・アドバイス】

 物質が温度によって、気体/液体/固体に変化することを
  「状態変化」といいます。

 物質の状態が変化すると、その粒子の状態や動きも変化します。

 物質の状態変化によって、その体積も異なります。
  (固体 < 液体 < 気体)