理科１年　化学

 状態変化
 [要点－物質の三態と状態変化]
①物質の三態：固体、液体、気体を3つの状態といいます。

②物質の状態変化とは：
物質は温度や圧力の変化により、固体、液体、気体の3つの状態（相）を変えることができます。
この変化を「状態変化」と呼びます。

③状態変化の種類：
(1)融解：
固体が液体になる変化です。
例：氷（固体の水）が溶けて水（液体の水）になる。

(2)凝固：
液体が固体になる変化です。
例：水（液体）が凍って氷（固体の水）になる。

(3)蒸発：
液体が気体になる変化です。
例：水（液体）が蒸発して水蒸気（気体の水）になる。

(4)沸騰：液体が一定温度で急激に気体になること。
水の沸点は100℃です。

(5)凝縮：
気体が液体になる変化です。
例：水蒸気（気体の水）が冷えて水滴（液体の水）になる。

(6)昇華：
固体が直接気体になる変化です。
例：ドライアイス（固体の二酸化炭素）が直接気体になる。

(7)凝華（ぎょうか）：
気体が直接固体になる変化です。昇華の逆の現象です。
例：水蒸気（気体の水）が冷えて霜（固体の水）になる。

④状態変化の具体例：
(1)氷の融解と水の凝固：
氷が溶ける（融解）と水になります。これは0℃以上の温度で起こります。
水が凍る（凝固）と氷になります。これは0℃以下の温度で起こります。

(2)水の蒸発と水蒸気の凝縮：
水が蒸発すると水蒸気になります。
これはどの温度でもゆっくり起こりますが、100℃では沸騰して急速に起こります。
水蒸気が冷えると水滴になります。これが凝縮です。
 物質の状態変化－粒子の運動と状態変化
①状態変化：
物質が加熱されたり、冷やされたりすることによって、
固体、液体、気体の3つの状態に変化することです。

　

②粒子の運動：
物質は小さな粒子（分子や原子）でできており、これらの粒子は常に運動しています。
粒子の運動は物質の状態（固体、液体、気体）によって異なります。

③各状態における粒子の運動：
(1)固体：
粒子が規則正しく並び、互いに強く引き合って固定されています。
粒子の運動は振動のみで、位置はほとんど変わりません。
固体の形や体積は一定です。

(2)液体：
粒子は互いに引き合っていますが、固体ほど強くありません。
粒子は互いに滑り合いながら動き、形を変えることができます。
液体の体積は一定ですが、形は容器に合わせて変わります。

(3)気体：
粒子は互いにほとんど引き合っていません。
粒子は自由に飛び回り、容器の形や大きさに合わせて広がります。
気体の形や体積は容器によって決まります。

④状態変化と粒子の運動：
状態変化は、粒子の運動エネルギー（温度）と粒子間の引力のバランスによって起こります。
以下に代表的な状態変化を挙げます。
(1)融解（固体 → 液体）：
固体の粒子が振動している間に、温度（運動エネルギー）が上がると粒子の振動が激しくなります。
粒子の運動が強くなり、固定された位置を離れるようになります。これが融解です。
例：氷が水になる。

(2)凝固（液体 → 固体）：
液体の粒子の運動が冷却によって遅くなり、再び互いに強く引き合うようになります。
粒子が規則正しく並び、固体になります。これが凝固です。
例：水が氷になる。

(3)蒸発（液体 → 気体）：
液体の表面の粒子が運動エネルギーを得て、液体の引力を振り切って飛び出します。
これが蒸発です。温度が高いほど蒸発が早くなります。
例：水が蒸発して水蒸気になる。

(4)沸騰（液体 → 気体）：
液体全体で粒子が運動エネルギーを得て、気体になります。
沸点に達すると、液体の内部からも気体の粒子が発生します。
例：水が100℃で沸騰し、水蒸気になる。

(5)凝縮（気体 → 液体）：
気体の粒子が冷却されて運動エネルギーを失い、互いに引き合って液体になります。
これが凝縮です。
例：水蒸気が冷えて水滴になる。

(6)昇華（固体 → 気体）：
固体の粒子が直接気体になる変化です。
例：ドライアイスが気体の二酸化炭素になる。

(7)凝華（気体 → 固体）：
気体の粒子が直接固体になる変化です。
例：水蒸気が冷えて霜になる。
 状態変化と加熱・冷却
①状態変化とは：
物質は固体、液体、気体の3つの状態（相）を持っており、
これらの状態は温度や圧力の変化によって変わります。
物質の状態が変わることを「状態変化」と呼びます。
状態変化は主に加熱（温度を上げること）や冷却（温度を下げること）によって起こります。

　

②加熱による状態変化：
(1)融解（固体 → 液体）：
固体を加熱すると、粒子の運動が激しくなり、
粒子同士の引力を振り切って固体の構造が崩れます。
これが融解です。
例：氷を加熱すると水になる。

(2)蒸発（液体 → 気体）：
液体を加熱すると、液体の表面の粒子が運動エネルギーを得て、
液体の引力を振り切って飛び出します。これが蒸発です。
例：水を加熱すると水蒸気になる。

(3)沸騰（液体 → 気体）：
液体をさらに加熱して沸点に達すると、液体全体で粒子が運動エネルギーを得て、気体になります。
これが沸騰です。
例：水が100℃で沸騰して水蒸気になる。

(4)昇華（固体 → 気体）：
一部の固体は加熱すると液体を経ずに直接気体になります。
これが昇華です。
例：ドライアイスが気体の二酸化炭素になる。

③冷却による状態変化：
(1)凝固（液体 → 固体）：
液体を冷却すると、粒子の運動が遅くなり、互いに引き合う力が強くなります。
これにより液体が固体になります。これが凝固です。
例：水を冷却すると氷になる。

(2)凝縮（気体 → 液体）：
気体を冷却すると、粒子の運動エネルギーが減少し、互いに引き合って液体になります。
これが凝縮です。
例：水蒸気を冷却すると水滴になる。

(3)凝華（気体 → 固体）：
一部の気体は冷却すると液体を経ずに直接固体になります。これが凝華です。
例：水蒸気が冷えて霜になる。

④状態変化のエネルギー：
(1)吸熱：状態変化の際に熱を吸収すること。
例：融解、蒸発、昇華

(2)放熱：状態変化の際に熱を放出すること。
例：凝固、凝縮、凝華
 状態変化と体積・質量
　

①状態変化とは：
物質が温度や圧力の変化により、
固体、液体、気体の3つの状態（相）を変えることを「状態変化」といいます。

②状態変化の種類：
融解（固体から液体へ）
凝固（液体から固体へ）
蒸発（液体から気体へ）
凝縮（気体から液体へ）
昇華（固体から気体へ）
凝華（気体から固体へ）

③状態変化と体積の変化：
物質が状態変化すると、体積が変化することがあります。
特に、固体、液体、気体の間での変化は顕著です。

(1)固体から液体への融解：
例：氷が水になると、体積が若干減少します。
氷は水よりも密度が低いため、同じ質量でも氷の方が体積が大きいです。

(2)液体から気体への蒸発・沸騰：
例：水が水蒸気になると、体積が大幅に増加します。
気体は液体よりも粒子間の距離が大きく、体積が大きくなります。

(3)気体から液体への凝縮：
例：水蒸気が水になると、体積が大幅に減少します。
気体の粒子が互いに近づき、液体になります。

(4)固体から気体への昇華：
例：ドライアイスが気体の二酸化炭素になると、体積が大幅に増加します。
固体から直接気体になるため、体積の変化は非常に大きいです。

④状態変化と質量の変化：
状態変化によって体積は変わりますが、質量は変わりません。
質量保存の法則により、物質の質量は変化前後で一定です。

具体例
(1)氷の融解：
氷が水になると、体積は減少しますが、質量は変わりません。
100gの氷が溶けると100gの水になります。

(2)水の沸騰：
水が水蒸気になると、体積は増加しますが、質量は変わりません。
1リットルの水が沸騰しても、その水蒸気の質量は同じです。

(3)水蒸気の凝縮：
水蒸気が水に凝縮すると、体積は減少しますが、質量は変わりません。
例えば、1gの水蒸気が凝縮すると1gの水になります。

⑤状態変化における体積と質量の関係：
(1)固体から液体への変化（融解）：
例：氷から水
体積の変化：減少（氷の方が体積が大きい）
質量の変化：なし（質量は一定）

(2)液体から気体への変化（蒸発・沸騰）：
例：水から水蒸気
体積の変化：増加（気体の方が体積が大きい）
質量の変化：なし（質量は一定）

(3)気体から液体への変化（凝縮）：
例：水蒸気から水
体積の変化：減少（液体の方が体積が小さい）
質量の変化：なし（質量は一定）

(4)固体から気体への変化（昇華）：
例：ドライアイスから二酸化炭素ガス
体積の変化：増加（気体の方が体積が大きい）
質量の変化：なし（質量は一定）
 状態変化するときの温度－融点と沸点
　　

①融点とは：
融点とは、物質が固体から液体に変わる温度のことです。
融点に達すると、固体の粒子が振動して互いの引力を振り切り、液体の状態になります。
例
(1)水の融点：0℃
氷（固体の水）が0℃で融解して水（液体）になります。
(2)鉄の融点：1538℃
鉄が1538℃で融解して液体の鉄になります。

②沸点とは：
沸点とは、物質が液体から気体に変わる温度のことです。
沸点に達すると、液体の粒子が運動エネルギーを得て、液体の引力を振り切り気体になります。
例
(1)水の沸点：100℃
水が100℃で沸騰して水蒸気（気体の水）になります。
(2)エタノールの沸点：78.37℃
エタノールが78.37℃で沸騰して気体になります。

③状態変化と温度：
物質が状態変化するとき、温度は一定に保たれます。
これは、融解や沸騰に必要なエネルギー（潜熱）が吸収されるためです。

(1)融解の例：
氷を加熱すると、0℃に達するまで温度が上がりますが、
氷が水に融解している間は0℃のままです。
このとき、加えられた熱エネルギーは温度を上げるのではなく、
氷を水に変えるために使われます。

(2)沸騰の例：
水を加熱すると、100℃に達するまで温度が上がりますが、
水が沸騰して水蒸気に変わる間は100℃のままです。
このとき、加えられた熱エネルギーは水を気体に変えるために使われます。

④状態変化の温度の実験：
(1)氷の融解実験：
氷を温めて温度の変化を観察します。
0℃に達すると、氷が溶け始めますが、すべての氷が溶けるまで温度は0℃に保たれます。

(2)水の沸騰実験：
水を加熱して温度の変化を観察します。
100℃に達すると、水が沸騰し始めますが、すべての水が気体になるまで温度は100℃に保たれます。

⑤状態変化とエネルギー：
物質が状態変化するときにはエネルギーの出入りがあります。
(1)吸熱：融解や蒸発では、物質はエネルギーを吸収します。
例：氷が融解するときに熱を吸収する。

(2)放熱：凝固や凝縮では、物質はエネルギーを放出します。
例：水が氷になるときに熱を放出する。
 融点と沸点の関係
①融点：固体が液体に変化するときの温度を指します。
例えば、氷が0℃で水に変わるのは融点です。

②沸点：液体が気体に変化するときの温度を指します。
水が100℃で水蒸気に変わるのは沸点です。

③純粋な物質と混合物:
純粋な物質は、他の物質と混ざっていない単一の物質です。
例えば、水やエタノールは純粋な物質です。
混合物は、2種類以上の物質が混ざっているものです。
食塩水や空気などが混合物の例です。
混合物は融点や沸点が決まった値を示さないため、温度変化があります。

④蒸留:
蒸留は、液体を加熱して沸騰させ、気体にし、再び液体にして集める方法です。
蒸留を利用すると、液体の混合物を分けて取り出すことができます。
それぞれの物質の沸点の違いを利用しています。
例えば、水とエタノールの混合物を蒸留すると、エタノールが先に気体として出てきます。
 物質の定義
①物質：私たちの身の回りにあるあらゆるものを指します。
具体的には、物体や材料、原料などが物質に含まれます。
物質は、小さな粒子が集まってできており、その性質や状態によってさまざまな分類がされます。

②物体と物質の違い:
(1)物体：形や質量を持つものを指します。
例えば、机や椅子、ペンなどが物体です。
(2)物質：ものの材料や原料のことを指します。
物質は、物体を構成する要素として存在します。

③物質の状態:
物質は、固体・液体・気体の3つの状態に分類されます。
(1)固体：粒子が互いに強く結びついている状態です。
例えば、氷や木材が固体です。
(2)液体：粒子が一部結びついている状態で、流動性があります。
水やジュースが液体です。
(3)気体：粒子がほとんど結びついていない状態で、拡散性があります。
空気や水蒸気が気体です。

④純物質と混合物:
(1)純物質：1種類の元素または化合物からなる物質です。
例えば、純水（H₂O）や酸素（O₂）が純物質です。
(2)混合物：2種類以上の物質が混ざったものです。
例えば、空気は酸素と窒素の混合物です。
 蒸留
①蒸留：2種類以上の物質が混ざっている「混合物」を分ける操作。
具体的には、沸点の違いを利用して液体を分離します。

②純物質と混合物：
(1)純物質：1種類の物質のことで、水や酸素、二酸化炭素、鉄、エタノールなどが該当します。
(2)混合物：2種類以上の物質が混ざったもので、例えば水溶液（水と溶質の混合物）、
空気（窒素と酸素とその他の気体の混合物）、合金（2種類の金属を混ぜ合わせたもの）、
石油（ガソリン、灯油、軽油などの混合物）、みりん（水とエタノールの混合物）などがあります。

③蒸留の方法：
純物質を加熱すると、状態変化が起こったときに温度が上がらなくなります。
例えば、水やエタノールの液体を加熱すると、沸点に達したときに温度が上がらなくなります。
混合物を加熱した場合、沸点の違いを利用して分離できます。
具体的な手順は以下の通りです：

　　

　

(1)枝付きフラスコの中に水とエタノールの混合物を入れて加熱します。
やがて水またはエタノールが沸騰します。
(2)沸騰によって水やエタノールは液体から気体（蒸気）になります。
この蒸気はゴム管を通って別の試験管にやってきます。
(3)試験管には氷水が入っているため、気体が冷やされて液体に戻ります（状態変化）。
このようにして、水とエタノールを大まかに分けることができます。

(4)エタノールの沸点が低いため、先に沸騰します。
(5)はじめに試験管に集まる液体はエタノールが中心であり、その後加熱を続けると水が沸騰し、
試験管には水が中心に集まります。

この沸点の違いを利用して混合物を分離する実験方法を蒸留と呼びます。