３　物質の三態と熱運動　

【物質の三態と熱運動】

　物質は〔　温度　〕，〔　圧力　〕によって〔　固体　〕，〔　液体　〕，〔　気体　〕の3つの状態をとる。この3つの状態を物質の三態という。

　物質は，温度や圧力を変化させること，状態が変化する。この変化は状態が変化するだけで物質そのものは変化しない変化で〔　物理変化　〕という。これに対して，物質が別の物質に変化する場合，この変化を〔　化学変化　〕という。

　　　例）　氷　　→　　水　　→　水蒸気　…　物理変化

　　　　　　　　H₂Oが固体，液体，気体と状態変化している。H₂Oであることは変わらない。

　　　　　　水　→　酸素　＋　水素　…　化学変化

　　　　　　　　H₂OがO₂とH₂という別の物質に変化している。

物質は〔　原子　〕，〔　分子　〕，〔　イオン　〕といった粒子が，それぞれ特定の〔　引力　〕によって集まってできている。また，これらの粒子は，その温度に応じた運動をする。この粒子の運動を〔　熱運動　〕という。

　高温だと　⇒　〔　熱運動　＞　引力　〕　　粒子は激しく運動し，ばらばらになろうとする。

　低温だと　⇒　〔　熱運動　＜　引力　〕　　粒子間の引力の影響が大きくなり，粒子は集まろうとする。

融解と凝固

融解するときの温度を〔　融点　〕，凝固するときの温度〔　凝固点　〕という。 圧力が一定なら，融点＝凝固点となる。液体を冷却していって凝固点以下になっても凝固が起こらない状態を〔　過冷却　〕といい，液体をゆっくり冷やすと起こる。ゆっくり冷やすと，凝固するきっかけができないので，液体のまま凝固点を過ぎる。

　固体から液体に変化するときに物質が吸収する熱を〔　融解熱　〕（上の右図の「固⇒液」の間に加えたエネルギーに相当）といい，逆に液体から固体に変化するときに物質が放出する熱を〔　凝固熱　〕という。


蒸発と凝縮

沸騰するときの温度を〔　沸点　〕といい，圧力一定のもとでは，物質固有の値となる。蒸発はどんな温度でも起こり，液体の〔　表面　〕からのみ気化する現象。沸騰は液体の温度がある一定の値（蒸気圧＝大気圧になるときの温度）に達したとき，液体の〔　内部　〕からも気化が起こる現象。蒸気圧＝大気圧になると，液体の表面を押さえつける力がなくなるので，液体の内部からも気化できるようになる。また，液体から気体にするときに必要なエネルギー（熱量）を〔　蒸発熱　〕という。

昇華

　固体が液体にならずに気体に変化する状態変化をいう。圧力の条件を変えることによって昇華を起こさせることができる。常圧（1013hPa）で昇華する物質は〔　ヨウ素　〕，〔　ドライアイス　〕，〔　ナフタレン　〕がある。水（氷）も6.1hPa以下で昇華する。また，気体→固体の変化を〔　凝華　〕という。

【気体分子の熱運動と絶対温度】

　高温の状態では気体の分子は熱運動が激しく，速く動いている。温度が低くなると気体分子は穏やかに動く。理論上〔　−273　〕℃になると完全に止まる（実際はその前に液体になる）。この温度を絶対零度といい，これを基準にした温度を絶対温度という。

　　絶対温度〔K〕（ケルビン）＝〔℃〕＋273

　　例）0℃＝0＋273＝273〔K〕，100℃＝100＋273＝373〔K〕

例題　ある物質を1013hPaのもとで加熱していったとき，加えた熱量と物質の温度の関係を図に示した。

(1)　次の範囲を図中のA〜Eを用いて示せ。範囲は「〜」で示せ。 　�@　固体と液体が共存　�A　固体だけが存在　 �B　液体と気体が共存　�C　液体だけが存在 (2)　BC間，DE間で起こる状態変化の名称をそれぞれ答えよ。 (3)　温度t2，t3はそれぞれ何とよばれているか。 (4)　温度t2やt3では温度上昇が見られないのはなぜか。20字以内で 　答えよ。

(7)　DE間の方がBC間よりも時間がかかっているのはなぜか。

(1)　�@　B〜C　　�A　A〜B　　�B　D〜E　　�C　C〜D

(2)　BC：融解　　DE：沸騰

(3)　t₂：融点　　t₃：沸点

(4)　状態変化に加えた熱が使われたから。

(5)　t₂：273〔K〕　　t₃：沸点373〔K〕

(6)　a〔分〕でt₂−t₁〔K〕上昇なので，a／(t₂−t₁)〔分〕

(7)　粒子の結合を切る方が，結合を緩めるよりもよりエネルギーを要するから。