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【イメージ重視の物理基礎】物質の三態は分子の動きが重要

  • まずはザックリ理解したい
  • イメージを優先したい
  • 苦手を克服したい

このような方向けに解説をしていきます。

【今回わかること】

  • 物質の三態とはなにか
  • 固体・液体・気体の熱運動のちがい

物質の三態とは固体・液体・気体の3つのこと

物質は固体・液体・気体の3つの状態になれる。

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ります。

 

たとえば氷を鍋で加熱したとき、氷がどのように変化するか考えてみましょう。

氷の温度が-20℃だとして、加熱すると温度が上がります。

0℃まで温度が上がると、少しずつ氷が溶けて水になる。

溶けていくことを融解と呼びます。

氷が溶けて水になると、0℃からさらに温度が上がっていきます。

100℃まで達すると沸騰しはじめ、水が水蒸気に変わっていく。

つまり氷(固体)水(液体)になり、水蒸気(気体)に変化しました。

 

沸騰と似たコトバで蒸発がありますが、2つの違いは次のとおりです。

  • 蒸発:液体の表面が気体に変わること
  • 沸騰:液体の内部からも気体に変わること

お湯を沸かしているとき、表面から湯気が出ている状態が蒸発で、ボコボコ気泡が出ている状態が沸騰とイメージしておきましょう。

まこと
固体・液体・気体の3つを物質の三態と呼ぶ!

 

 

物質の三態はそれぞれ熱運動の様子がちがう

固体・液体・気体では、熱運動の様子がちがいます。

それぞれの熱運動のちがいを、9人が手をつないでいる状況でイメージしてみましょう。

 

固体の熱運動の様子

固体のときは、分子がその場で振動をしています

9人が常におなじ人と手をつないで、その場で揺れている状態と同じです。

その場で振動しているので、氷のように固体の状態では形が安定しています

 

液体の熱運動の様子

固体に熱エネルギーを加えると液体になります。

液体のときは、分子がその場にとどまることなく、移動しながら振動します

分子が移動するとき、分子同士の距離は固体のときとあまり変わりません

9人が手をつなぐ人を入れ替えながら、あちこち動いて揺れている状態と同じです。

常に誰かしらと手をつないでいると、ひと同士の距離はほとんど一定に保たれますが、ひとの配置は変化します

しかし手を離せないとなると、動き回れるスペースはあまり変化しません

分子も同様に、分子同士のつながりが入れ替わるので、固体のように形が一定に保たれません

しかし分子同士の距離は固体とほぼ変わらないので、体積は固体のときとあまり変わらないです

 

気体の熱運動の様子

液体に熱エネルギーを加えると気体になります。

気体になると、分子同士のつながりがなくなって、1つ1つの分子が自由に動き回ります

9人が手をつながず、1人1人が好き勝手に動き回っている状態。

バラバラに動いているので、ひと同士の距離もバラバラになるでしょう。

さらに1つ1つの分子が自由に動くので、分子の動けるスペースが広がります

分子も同様で、分子同士の距離がバラバラになるので、体積が大きくなり、形は一定に保たれなくなるのです

 

固体と気体の体積はほぼ同じで、気体だけ体積が大きくなる
まこと
分子の動きをイメージできるようにするのが大切!

まとめ

  • 物質の三態とは、固体・液体・気体のこと
  • 固体のときは、分子がその場で振動する
  • 液体のときは、分子同士がつながったまま移動する
  • 気体のときは、分子のつながりがなくなって自由に動き回る

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