三態変化

実験映像や身の回りの現象の紹介映像を見ながら、物質の三態変化について学ぶ。気体・液体・固体を模した形を選んでテーブル中央に置くと、映像が始まります。

多くの物質は置かれている温度と圧力によって状態が変わります。その物質がどの条件下でどの状態になるかを示した図を状態図（図１）と言います。たとえば「水」は0℃以下で「氷」、100℃以上で「水蒸気」に変わります^※。物質によって変わる温度や圧力は違いますが、多くの場合は温度があがると固体から液体、気体の順番で変化します。

※この温度は1気圧の場合で、気圧が下がれば温度も変化します。

同じ物質にもかかわらず、状態が３つも変わる理由は、物質が持つ熱エネルギーの違いに注目すると理解しやすいです。分子（または原子）には磁石のようにお互いを引きつけ合う力があります。温度が低い、つまりエネルギーが少ない時にはこの引きつけ合う力を振り切ることができないため、分子同士はくっつきあって固体になります。物質に熱が加わると、物質はより振動するため、引き合う力を振り切って分子同士が少し離れることが出来るようになります。これが液体の状態です。さらに熱が加わると、早い速度で磁石をすれ違わせてもお互いくっ付かないように、お互いを引き合う力に影響されず自由に空間を飛び回ることが出来るようになります。これが気体です。一方、圧力で状態が変わることはついては、部屋の広さをイメージすると分かりやすいです。圧力が高いと物質をできるだけ狭い場所に集めようとするため、熱エネルギーが高くても物質同士が隣合わせになることが増えるため、気体は液体に、液体は固体になりやすくなります。