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モノシリンの3分でまとめるモノシリ話

モノシリンがあらゆる「仕組み」を3分でまとめていきます。

作者の連絡先⇒ monoshirin@gmail.com

【3】状態変化のまとめ~温度が上がるとみんなバラバラ~

【分かりやすくまとめると・・・】

・原子同士がくっついたり離れたりして別の分子になるのが化学変化。

・分子の集まり方が変わるのが状態変化。

・状態変化は熱(原子の振動)によって生じる。

 

f:id:monoshirin:20151008215747j:plain 原子と原子がくっ付いて,分子になることをさっき説明したね。
f:id:monoshirin:20151008215747j:plain 逆に,ある分子が分解されて,別の分子になったり,原子になったりすることも説明したね。
f:id:monoshirin:20151008215747j:plain このように,原子と原子がくっついたり,離れたりして別の物質になることを,化学反応というんだ。
f:id:monoshirin:20151008215749j:plain 光合成が正にそうだね。水と二酸化炭素から,炭水化物と酸素を生み出しているわけだからね。
f:id:monoshirin:20151008215747j:plain そのとおりさ。では太郎,水を冷やすと氷になるけど,これは化学反応と言えるかな。
f:id:monoshirin:20151008215749j:plain それは違うんじゃないの。水も氷も水分子が集まってるだけでしょ。
f:id:monoshirin:20151008215747j:plain そうだ。じゃあ水をさらに過熱して水蒸気にしたときはどうかな。
f:id:monoshirin:20151008215749j:plain 同じだよね。水蒸気も水分子が集まっているだけだから。
f:id:monoshirin:20151008215747j:plain そうさ。氷と水と水蒸気は,水分子の集まり方が違うに過ぎない。化学変化のように,別の物質になるわけじゃない。
f:id:monoshirin:20151008215747j:plain このように,原子や分子の集まり方が変化することを状態変化というんだ。
f:id:monoshirin:20151008215749j:plain 物質の状態が固体,液体,気体に変化することを指しているのかな。
f:id:monoshirin:20151008215747j:plain そうだ。それ以外の変化は物理変化というんだ。これは,例えば金属を曲げるような場合だ。
f:id:monoshirin:20151008215747j:plain 固体,気体,液体の状態の時にそれぞれ分子がどのようになっているか,水を例にとって説明しよう。
f:id:monoshirin:20151008215747j:plain 水が固体である氷になっているとき,水分子は,規則正しく並んでいて,動いていない。

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f:id:monoshirin:20151008215747j:plain ちなみに,この状態を顕微鏡で見ると,氷の結晶が出来ている。

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f:id:monoshirin:20151008215749j:plain 部屋の中にたくさんの人がぎゅうぎゅう詰めで座っている状態みたいなもんだね。しかも座る位置が決まっている。
f:id:monoshirin:20151008215747j:plain まあそうだな。そして,温度を上げると氷が溶けていく。
f:id:monoshirin:20151008215747j:plain そうすると,氷の状態と違い,水分子は動きはじめ,やがて液体である水になる。
f:id:monoshirin:20151008215747j:plain ただ,隣の分子との距離は氷の場合とそんなに変わらない。結晶はもう崩れている。

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f:id:monoshirin:20151008215749j:plain たくさんの人がプールの中にぎゅうぎゅう詰めにされて泳いでいるような状態かな。
f:id:monoshirin:20151008215747j:plain まあそんなところだ。そして,これを更に加熱して蒸発させ,気体である水蒸気になると,水分子はより激しく自由に動く。
f:id:monoshirin:20151008215747j:plain このとき分子同士の距離は遠くなる。

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f:id:monoshirin:20151008215749j:plain 広いグラウンドでたくさんの人が思い思いに好きな運動をしているような状態かな。
f:id:monoshirin:20151008215747j:plain うん。それで放っておくとみんなどこかへ行っていなくなってしまうような感じだね。
f:id:monoshirin:20151008215747j:plain 個体が液体に変わる温度を融点,液体が気体に変わる温度を沸点というんだよ。
f:id:monoshirin:20151008215747j:plain 水の場合,融点は0℃,沸点は100℃だ。
f:id:monoshirin:20151008215749j:plain 融点とか沸点はあらゆる物質にあるの。
f:id:monoshirin:20151008215747j:plain あるよ。例えば鉄の融点は1538℃,沸点は2862℃だ。

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f:id:monoshirin:20151008215749j:plain 鉄も沸騰するんだね。熱を加えると,分子はどのような状態になるの。
f:id:monoshirin:20151008215747j:plain まず前提を説明しよう。分子を構成する原子は細かく振動している。また,原子には引力がある。
f:id:monoshirin:20151008215747j:plain 固体の状態の時,分子同士は,原子の持つ引力によって結びつけられている。
f:id:monoshirin:20151008215747j:plain このとき,原子は細かく振動しているが,引力の方が強い状態だ。
f:id:monoshirin:20151008215747j:plain 熱を加えていくと,原子の振動が増えていく。やがて,この振動の力が,原子の引力を上回る。
f:id:monoshirin:20151008215747j:plain そうすると,原子によって構成された分子は,となりの分子との結び付きから解放され,動き出す。
f:id:monoshirin:20151008215749j:plain 振動が大きくなったら,分子同士がぶつかり合うことになるよね。
f:id:monoshirin:20151008215747j:plain そうだ。そうやってぶつかって反発することによって,分子が移動することになる。
f:id:monoshirin:20151008215747j:plain 液体の状態の時は,分子は移動しているものの,分子の引力が働いているから,まだまとまりは維持されている。
f:id:monoshirin:20151008215747j:plain さらに熱を加えて,原子の振動を激しくさせると,分子の移動する力が,分子の引力を大幅に上回るようになり,分子はより自由に動く。
f:id:monoshirin:20151008215749j:plain それで沸騰して,気体になっていくわけだな。
f:id:monoshirin:20151008215749j:plain ところで,水って,沸騰させなくても,蒸発していつの間にかなくなっちゃうよね。あれは何で?
f:id:monoshirin:20151008215747j:plain 物質を構成する原子の振動の激しさは,皆同じというわけじゃないんだ。
f:id:monoshirin:20151008215747j:plain 同じ水の中でも,激しく振動している原子もあれば,そうでない原子もある。
f:id:monoshirin:20151008215747j:plain その激しく振動している原子のうち,沸点になった時以上のエネルギーを得た原子は,外に飛び出してしまう。
f:id:monoshirin:20151008215749j:plain 元気の良すぎる子供が教室を飛び出して勝手に遊びに行っちゃうような感じだね。
f:id:monoshirin:20151008215747j:plain そうだね。ちなみに,蒸発の場合は,液体の表面からだけ気化が起きる。沸騰の場合は内部から気化が起きている。
f:id:monoshirin:20151008215749j:plain 沸騰の場合は,子供達みんな元気がありあまってしまって,一斉に教室を飛び出してしまう感じなんだね。
f:id:monoshirin:20151008215749j:plain 熱って,要するに原子の振動の激しさのこと?
f:id:monoshirin:20151008215747j:plain そうだ。そして,熱は熱いものから冷たいものへ伝達される法則がある。
f:id:monoshirin:20151008215747j:plain 太郎,僕の手を触ってごらん。
f:id:monoshirin:20151008215749j:plain ひんやりした餅みたいだね。
f:id:monoshirin:20151008215747j:plain そうだ。僕の手足は人間より冷たい。僕は君の手を温かいと感じる。
f:id:monoshirin:20151008215747j:plain つまり,君の手の熱の方が温度が高いということだ。そうすると,今,君の手から僕の手に熱が伝わったことになる。
f:id:monoshirin:20151008215747j:plain それは君の手を構成する原子の振動が少し減って,僕の手を構成する原子の振動が少し増えた,ということだ。
f:id:monoshirin:20151008215749j:plain 僕の手から君の手に振動を少し渡したんだね。
f:id:monoshirin:20151008215747j:plain そうだね。原子や分子,状態変化のことを理解できたということで,次は生命誕生の話をしよう。

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