状態変化
カワウソ先生ロウは固まると真ん中がへこむのに、水は凍るとふくらむ。水はちょっと変わり者なんだ。
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- 物質が温度によって固体・液体・気体のあいだで姿を変えることを状態変化という。状態が変わっても、別の物質に変わるわけではない。
- 状態変化では体積は変わるが、質量は変わらない。多くの物質は、固体→液体→気体の順に体積が大きくなる。
- 水は例外で、液体の水が氷になると体積が増える。そのため氷は水に浮き、水を入れたまま凍らせた容器は割れることがある。
詳しく
公式
物質は温度によって、固体・液体・気体の3つの状態をとる。加熱したり冷やしたりして状態が変わることを状態変化という。
状態変化では、物質の体積は変わるが質量は変わらない。また、状態が変わっても、もとの物質が別の物質に変わるわけではないことに注意。
多くの物質は、固体より液体、液体より気体のほうが体積が大きい。ただし水は例外で、液体の水より固体の氷のほうが体積が大きい。
例題
例題1：ビーカーに入れた液体のロウを冷やして固体にすると、表面の中央がへこむ。体積は小さくなったが、ビーカーごとはかった質量は変わらない。
例題2：少量のエタノールをポリエチレンの袋に入れて空気を抜き、口を閉じて熱い湯をかけると、袋が大きくふくらむ。エタノールが気体になって、体積が非常に大きくなったから。
例題3：水を入れたペットボトルを冷凍庫で凍らせると、ボトルがふくらむ。水が氷になると体積が増えるから。中の水の質量は凍る前と同じ。
なぜそうなるか
物質は小さな粒子が集まってできている。固体では粒子が規則正しく並んでその場でふるえ、液体では粒子が位置を変えながら動き、気体では粒子が空間を自由に飛び回っている状態。
温度が上がると粒子の動きが激しくなり、粒子どうしの間隔が広がる。そのため体積が大きくなる。粒子の数は変わらないので、質量は変わらない。
氷では水の粒子がすきまの多い並び方で固まっている。とけるとこのすきまがくずれて粒子が詰まるため、液体の水のほうが氷より体積が小さくなる。
確認問題
確認問題（解答用紙）
スマホやタブレットで読み取ると、この問題をその場で解けます。
https://manazoo.com/science/state-changes/?from=print#quiz
物質が液体から固体に状態変化するとき、変わらないものはどれか。
- ◯ 粒子の動き方
- ◯ 粒子の間隔
- ◯ 体積
- ◯ 質量
正解：質量
状態変化では体積や粒子の動き方は変わるが、粒子の数は変わらないので質量は変わらない。ビーカーの中の液体のロウを冷やして固体にすると、表面はどうなるか。
- ◯ 中央が盛り上がる
- ◯ 平らなまま変わらない
- ◯ 全体が浮き上がる
- ◯ 中央がへこむ
正解：中央がへこむ
ロウは固体になると体積が小さくなるので、表面の中央がへこむ。エタノールを入れた袋に熱い湯をかけると袋がふくらむ理由はどれか。
- ◯ エタノールが気体になり、体積が大きくなったから
- ◯ 袋の中に空気が入ったから
- ◯ エタノールが別の物質に変わったから
- ◯ エタノールの質量が増えたから
正解：エタノールが気体になり、体積が大きくなったから
エタノールが液体から気体に状態変化し、粒子の間隔が広がって体積が大きくなった。質量は変わらない。多くの物質と違い、水が固体になると体積はどうなるか。
- ◯ なくなる
- ◯ 変わらない
- ◯ 増える
- ◯ 減る
正解：増える
水は例外で、氷になると粒子がすきまの多い並び方になるので、体積が増える。
単元のポイント
- 状態変化 固体・液体・気体のあいだで状態が変わること
- 質量 状態が変わっても変わらない
- 体積 多くの物質で固体＜液体＜気体（水は例外）
- 粒子の運動 温度が高いほど粒子は激しく動き、間隔が広がる