このページのまとめ
- 融解：固体が液体に変わる状態変化（例：氷が溶けて水になる）。
- 凝固：液体が固体に変わる状態変化（例：水が凍って氷になる）。
- 蒸発：液体が気体に変わる状態変化（例：水が蒸発して水蒸気になる）。
- 凝縮：気体が液体に戻る状態変化（例：湯気が水滴になる）。
- 昇華：固体が直接気体になる状態変化、または気体が直接固体になる状態変化（例：ドライアイスが気体になる）。
～先生と生徒の会話～
生徒最近、状態変化について学んで少しずつ理解してきたんですが、まだ全体の仕組みやそれぞれの用語が頭の中で整理できていない気がします。融解とか蒸発とか、いろいろな言葉があって少し混乱しています。
先生そうだね、状態変化にはいくつかの専門的な用語があるから、慣れるまでは少し混乱するかもしれない。でも大丈夫、今日はそれぞれのメカニズムをきちんと整理していこう。まず、状態変化っていうのは、物質が固体、液体、気体の間を移り変わることを言うんだ。温度や圧力の変化によって、物質の粒子、つまり分子や原子がエネルギーを得たり失ったりして、動き方が変わることで起こるんだよ。
生徒たしかに、氷が溶けて水になったり、湯気が出たりするのは見たことがあります。でも、その時にどうやって分子が動いているのかまでは考えたことがなかったです。
先生そうだよね。じゃあ、具体的なメカニズムを説明していくね。まず「融解」から始めようか。融解というのは、固体が液体に変わる状態変化だ。たとえば、氷が溶けて水になるときがこれにあたる。温度が上がると、固体の分子がエネルギーを得て動きやすくなって、固体の中で強く結びついていた分子同士の結合が緩むんだ。これで分子が自由に動けるようになって、液体になるんだ。
生徒なるほど、氷が溶けるのが「融解」なんですね。じゃあ、その逆で水が凍るのは何て言うんですか？
先生それが「凝固」だよ。凝固は、液体が固体に変わるときの状態変化だ。例えば、水が0℃以下になると、分子の動きが遅くなって、またしっかりと結びつくようになる。これが氷になる瞬間だね。温度が下がって分子が動きにくくなると、分子同士が強く引き寄せ合って、液体から固体へと変わるんだ。
生徒そういうことなんですね！じゃあ、液体が気体になる現象はなんて言いますか？
先生それは「蒸発」だね。蒸発は、液体が気体に変わるときに使う言葉なんだ。たとえば、水が100℃で沸騰して水蒸気になるのも蒸発だよ。分子がエネルギーを得て、液体から飛び出して気体になるんだ。
生徒あ、そういえばお茶を入れたときに湯気が立つのも蒸発なんですね。でも、その湯気が冷えてコップに水滴がつくのを見たことがあるんですが、それは何ですか？
先生それは「凝縮」と呼ばれる状態変化だよ。凝縮は、気体が液体に戻る現象なんだ。温度が下がると、気体の分子はエネルギーを失って動きが遅くなる。その結果、分子が再び引き寄せ合って液体に戻るんだ。お茶の湯気が冷たいコップに当たって水滴になるのは、この凝縮の典型的な例だね。
生徒なるほど！温度が下がると気体が液体に戻るんですね。じゃあ、固体が直接気体になることもありますよね？それは何て言うんですか？
先生それが「昇華」だね。昇華は、固体が液体を経ずに直接気体に変わる状態変化だ。たとえば、ドライアイスが常温で気体の二酸化炭素になる現象が昇華だね。逆に、気体が直接固体になることも昇華と呼ばれているよ。これは、冬に窓ガラスに霜ができるときなんかに見られるよ。
生徒そうだったんですね！ドライアイスが消えていくのを見たときに、あれが昇華なんだとは知らなかったです。物質が温度や圧力でいろいろな形に変わるって、改めて面白いですね。
先生そうだね。状態変化って、実は私たちの日常生活の中でもたくさん見られるんだ。こうしていろんな状態変化を理解しておくと、化学だけじゃなく、日常生活の現象もよくわかるようになるよ。
例題＆解答
【例題１】次の状態変化を何と呼ぶか答えなさい。
a) 雪が溶けて水になる。
b) 湯気が窓ガラスに水滴として戻る。
c) ドライアイスが気体に変わる。
a) 融解
b) 凝縮
c) 昇華
【例題２】水が氷から液体、そして水蒸気に変わる際の温度をそれぞれ答え、これらの状態変化の名称を示しなさい。
氷が水に変わる温度（融解）は0℃、水が水蒸気に変わる温度（蒸発）は100℃。
