固体・液体・気体の違いを分かりやすく解説!【物質の三態】

熱力学
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taniten
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今回は物質の三態について詳しく解説していくよ!

物質の三態?なんか難しそうな言葉ですね・・・。

ふうた君
ふうた君
taniten
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難しく考えなくても大丈夫!
僕たちの身の回りに溢れてる物を例に分かりやすく解説していくね!

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同じ物質でも固体・液体・気体で性質が異なる!

私たちにとって最も身近な「水」を例にして、物質の三態について解説していきます。

水は冷却すると氷になり、温めると水蒸気になりますね。

水の物質の三態。水を冷やせば氷になり、水を温めれば水蒸気になる。

ここで氷のような状態を固体、水のような状態を液体、水蒸気のような状態を気体と言い、まとめて物質の三態といいます。

固体はカチコチであまり変形しませんが、液体は自由に形を変えることができますし、気体に至っては目で見ることができず、すごいスピードで運動しています。

このようにそれぞれの状態は明確に異なる性質を持っていることがわかります。

同じ物質でも状態が異なると、その性質が全然変わってしまうんだね!なんか不思議!

ふうた君
ふうた君
taniten
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この違いは物質を構成する原子や分子の集まり具合が、それぞれの状態で異なることが原因だよ。

それぞれの状態での特徴

それでは固体・液体・気体のそれぞれの状態の特徴を見ていきましょう。

「水」「二酸化炭素」「鉄」の3種類の物質を例にとって解説します。

固体

固体は、その物質を構成する原子や分子が一定の配置を保ちつつ、各々の粒子がちょっとだけ熱振動している状態です。
例えば鉄はふつうの状態では固体ですね。

水の固体は「氷」で、みなさんも知っている通りカチコチですよね。

二酸化炭素のような普段は気体の物質でも、温度が下がれば固体になります。
二酸化炭素の固体は「ドライアイス」と呼ばれています。

ドライアイスは二酸化炭素が固体になったもの

ドライアイスってアイスを買った時についてくる保冷剤だよね?
あれって二酸化炭素だったんだ!

ふうた君
ふうた君
taniten
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そうなんです。
でも常温・常圧だとすぐに気体の二酸化炭素に戻ってしまう、すごくもろい固体なんだよ。

液体

液体は原子・分子の運動が激しくて、それぞれの位置関係がある程度自由に変化する状態です。
例えば水はふつうの状態では液体ですね。

鉄は金属なのでふつうは固体ですが、1500℃くらいまで鉄を温めると、ドロドロに融けて液体になります。

火山から流れる溶岩の中にも、ドロドロに融けた鉄が含まれています。
taniten
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ちなみに僕のふるさとである鹿児島県には、有名な活火山の桜島があるよ。

素晴らしいところだからぜひ一度足を運んでね!

ふうた君
ふうた君

気体

気体は、液体の時よりも各原子・分子の運動が激しく、ほとんど自由に運動している状態です。
例えば二酸化炭素はふつうの状態では気体ですね。

水は温めることで「水蒸気」という気体の状態になります。

実は鉄も、2900℃くらいまで温めると気体になるらしいです。

鉄も気体になることがあるんだ!

ふうた君
ふうた君
taniten
taniten

基本的にどんな物質も原子・分子でできているから、固体・液体・気体のどの状態にもなることができるんだよ。
まあ例外もあるけどね。

固体・液体・気体のように物質の状態が変化することはわかりました。

しかしこれらの状態はどのように変化していくのでしょうか?

それを考えていくのが高校での熱力学です。
次回は沸点と融点、潜熱について解説していきます。

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