化学基礎

熱運動と物質の三態について

投稿日:6月 24, 2020 更新日:

今回は粒子の熱運動と物質の三態について説明するにゃ。特に分子の状態変化はよくテストで問われやすいので気をつけるにゃ!

・拡散とは

  赤褐色の臭素(気体)が入った集気瓶の上に無色の窒素が入った集気瓶をかぶせて放置すると上の集気瓶の中が次第に赤褐色に変化して気体が容器全体に均一に広がっていく。このように自然に物質が広がっていく現象を拡散と言います。いったん気体が均一に広がると元の広がる前の状態に戻ることは自然現象では起こらない。拡散は液体でも起こります。仮に水にインクを落とすとかき混ぜなくても自然にゆっくりと水中にインクが移動します。

・熱運動とは?

 拡散は、物質を構成するここの分子がいろいろな速さでいろいろな向きに絶えず不規則な運動を繰り返すので起こる。この分子の不規則な運動を熱運動という。熱運動によって気体分子は互いに衝突を繰り返し、そのたびに運動の向きや速さを変えている。温度が高くなると熱運動はより激しくなる。

気体分子の動く速さは温度が高くなると、運動エネルギーの大きな分子の割合が増えるのだ!少し物理とかぶっている分野だにゃ。

・絶対温度とは

 物質の温度はそれを作る分子の熱運動の激しさに対応している。分子の熱運動は、温度が低くなるとゆるやかになりある温度では停止することが予測できる。これが温度の下限(-273度)でありこれよりも低い温度は存在しないのでこの温度を原点とする温度を絶対温度といい単位記号K(ケルビン)を使って表す。絶対温度の目盛りの感覚はセルシウス温度と一同じである。絶対温度T(K)とセルシウス温度t(℃)の間にはT[K]=t[℃]+273の関係がある。絶対温度で0(K)のことを絶対零度といいます。

少し整理するにゃ。絶対温度はセルシウス温度で-273℃を原点とする=0(K)であるということにゃ。ということは絶対零度は0以上の数値が絶対であり、マイナスになることはないにゃ!

セルシウス温度と絶対温度の違いをしっかり理解するにゃ。

・物質の三態とは?

 物質は温度と圧力に応じて固体、液体、気体のいずれかの状態を取る。これらの三つの状態を物質の三態といいます。物質の三態間の変化を状態変化といい、物質を構成する分子の集合状態や運動状態が変化するためにおこる。温度を上げると、分子の熱運動は活発になり、分子は互いにばらばらになろうとする。一方で分子間には分子固有の引力(分子間力)がはたらき、互いに集合しようとする。物質の集合状態はこれら2つの要因の大小によって決まる。温度が低い状態では熱運動は小さく、分子間力が強いため、分子は特定の場所にとどまっている。この状態が固体である。固体に熱を加えていくと分子の熱運動が次第に活発になる。その結果、規則正しい配置が乱れて液体になる。さらに熱を加えると分子間力を振りきって分子は自由な運動をするようになりこの状態が気体である。各状態間の変化にはそれぞれ呼び方があります。それぞれの呼び名はテストで問われやすいので覚える必要があります。

2017年に教科書が改訂され、気体から固体になる変化を「凝華」という呼び名になったのだ。実はその以前は気体から固体の状態変化も昇華と読んでいたけど、混乱する人がいるなどによって凝華という名称に変化したにゃ!

凝華の方がおぼえやすいにゃ!

・まとめ

  • 熱運動 物質の構成粒子が絶えず変化する現象。
  • 絶対温度 -273℃(絶対零度)を原点した温度。
  • 物質の三態 物質が示す固体、液体、気体という3つの状態。
  • 状態変化 温度や圧力を変化させると、物質は三態の間で変化する。
    • ・演習問題

      (1)次のセルシウス温度を絶対温度で表せ。A.0℃ B.27℃ C.-60℃

      この式にあてはめるのにゃ!T[K]=t[℃]+273

      (解答)A.273[K] B.300[K] C.223[K]

      (2)次の現象はどのような状態変化によって起こったのか答えよ。

      • A.タンスの中に防虫剤を入れていたら自然になくなった。
      • B.寒い冬の夜に窓ガラスが曇っていた。
      • C.真夏の蒸し暑いときにアイスが勝手にとけた。

      (解答)A.昇華 B.凝縮 C.融解

    -化学基礎

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