››
第 5 章では、 中 1 ではじめて 「化学」 の領域 に入ります。 身のまわりの 物質 を 「つぶ (粒子)」 の目で見直します。
ポイント: 「物質 がちがう」 と 「物 (=物体) がちがう」 は別のこと。 「ガラスのコップ」 と 「ガラスのびん」 は 物体 はちがうが 物質 (= ガラス) は同じです。
| 物質 | 物体 | |
|---|---|---|
| 何か | 何でできているか (材料) | 形や用途 (もの自体) |
| れい | 鉄、 木、 ガラス、 プラスチック、 水 | くぎ、 つくえ、 コップ、 びん、 川 |
大事: 中学理科では 「鉄のくぎ」 「銅のはりがね」 のように、 「物質 の名前 + 物体 の名前」 で言う練習 をします。
身のまわりの物質 は、 温度や圧力 によって 3 つの状態 をとります。
| 状態 | 形 | 体積 | 動きやすさ | れい |
|---|---|---|---|---|
| 固体 | 決まっている | 決まっている | 動かない | 氷、 鉄、 木、 食塩 |
| 液体 | 入れ物に合わせて変わる | 決まっている | 流れる | 水、 ジュース、 油、 アルコール |
| 気体 | ない (どこまでも広がる) | ない (容器 に合わせる) | よく動く | 空気、 水蒸気、 二酸化炭素、 酸素 |
物質 はどれも 小さな 粒子 でできています。 状態 のちがいは 粒子 の集まり方 のちがいとして説明 できます。
| 状態 | 粒子 の様子 |
|---|---|
| 固体 | 粒子 が 規則正しく 並び、 動かずふるえるだけ |
| 液体 | 粒子 がくっついたまま 並び方を変える (流れる) |
| 気体 | 粒子 が ばらばら に飛び回る (すきまが大きい) |
ポイント: 気体 の状態 では 粒子 と 粒子 の間がすかすか。 だから 気体 はつよく押すと体積 を減らせる (注射器やタイヤの空気)。 液体 や 固体 はほとんど押しちぢめられない。
温度を変えると、 同じ物質 が状態 を変えます。 これを 状態変化 と言います。 状態 が変わっても 物質 そのものは変わらず、 粒子 の集まり方だけが変わります。
| 名前 | どう変わるか | れい |
|---|---|---|
| 融解 | 固体 → 液体 | 氷がとける |
| 凝固 | 液体 → 固体 | 水がこおる |
| 蒸発 | 液体 → 気体 | 水が水蒸気 になる |
| 凝縮 | 気体 → 液体 | 水蒸気 がくもりになる、 結露 |
| 昇華 | 固体 ↔ 気体 | ドライアイスが直接気体 に |
状態変化 で 「質量 は変わらない」 が、 「体積 は変わる」 ことがふつうです。
| 物質 | 状態変化 | 体積 の変化 |
|---|---|---|
| 多くの物質 | 固体 → 液体 | わずかに ふえる |
| 水 (例外) | 固体 → 液体 | 減る (氷が水になると体積 が約 11 分の 1 減る) |
| 多くの物質 | 液体 → 気体 | 約 1700 倍 にふえる |
大事: 水が氷になると 体積 がふえる のはとても珍しい性質 で、 このせいで冬に水道管が破裂 します。 またこの性質 があるからこそ、 池がこおっても 氷は上に浮き、 下の水中で魚が生きていられます。
固体 がとけ始める温度を 融点、 液体 がふっとうしはじめる温度を 沸点 と言います。
| 物質 | 融点 | 沸点 |
|---|---|---|
| 水 | 0 ℃ | 100 ℃ |
| 食塩 | 801 ℃ | 1485 ℃ |
| 鉄 | 1538 ℃ | 2862 ℃ |
| アルコール (エタノール) | -114 ℃ | 78 ℃ |
| 酸素 | -218 ℃ | -183 ℃ |
| ちっそ | -210 ℃ | -196 ℃ |
氷をガラスのビーカーに入れて、 ガスバーナーでゆっくり加熱 していくと、 温度はつぎのように変わります。
| 時間 | 状態 | 温度 |
|---|---|---|
| 0 〜 数分 | 氷 (固体) | -10 ℃ → 0 ℃ まで 上がる |
| 数分間 | 氷と水 (融解中) | 0 ℃ で止まる |
| その後 | 水 (液体) | 0 ℃ → 100 ℃ まで 上がる |
| 数分間 | 水と水蒸気 (沸騰中) | 100 ℃ で止まる |
| その後 | 水蒸気 (気体) | 100 ℃ → さらに上がる |
大事: 融点 や 沸点 では 状態変化 が終わるまで温度が上がりません。 加えた熱が 状態 を変えるために使われる からです。 これを 「融解熱・気化熱」 と言います (高校でくわしく)。
| 種類 | 性質 | れい |
|---|---|---|
| 純物質 | 融点・沸点 が 1 つに決まる | 水、 食塩、 鉄 |
| 混合物 | 融点・沸点 が 幅 (はば) をもつ | 食塩水、 空気、 ジュース、 みそ汁 |
融点 や 沸点 を調べると、 「この物質 は何か」 がわかります。 また 混合物 を 沸点 のちがいで分けることもできます (これを 蒸留 と言う、 第 6 章で学ぶ)。
同じ体積 の鉄とアルミニウムを持ちくらべると、 鉄の方がずっと重い。 この 「同じ体積 あたりの質量」 を 密度 と言います。
密度 (g/cm³) = 質量 (g) ÷ 体積 (cm³)
| 物質 | 密度 (g/cm³) |
|---|---|
| アルミニウム | 2.7 |
| 鉄 | 7.9 |
| 銅 | 9.0 |
| 金 | 19.3 |
| 木 (ヒノキ) | 約 0.4 |
| 水 | 1.0 (温度で多少変わる) |
| 油 | 約 0.9 |
| ガソリン | 約 0.7 |
物が水に 浮くか沈むか は、 密度 で決まります。
| 比較 | 結果 |
|---|---|
| 物質 の 密度 < 水の 密度 (1.0) | 浮く |
| 物質 の 密度 > 水の 密度 (1.0) | 沈む |
| 例 | 密度 | 結果 |
|---|---|---|
| 氷 | 0.92 | 浮く |
| 木 (ヒノキ) | 0.4 | 浮く |
| 油 | 0.9 | 浮く |
| プラスチック (PET) | 1.4 | 沈む |
| 鉄 | 7.9 | 沈む |
ポイント: 形がどうでも、 体積 あたりの重さで浮き沈みが決まるのがふしぎ。 でも、 鉄の船が浮くのは 「中に空気 を入れて全体 の 密度 を 1.0 以下 にしている」 から。
液体 や不規則な形の 固体 の体積 をはかるには、 メスシリンダー を使います。
| 番号 | やること |
|---|---|
| ① | 平らな場所 に置く |
| ② | 水 (またははかる 液体) を半分ぐらい入れる |
| ③ | 目を 目盛 と同じ高さ にして読む |
| ④ | 水面 がへこんで見える (= メニスカス) の 底 を読む |
| 番号 | やること |
|---|---|
| ① | メスシリンダー に水をある量 (例: 50 cm³) 入れておく |
| ② | はかりたい 固体 をそっと入れる (こぼさない) |
| ③ | 上がった水の量 (例: 56 cm³) を読む |
| ④ | 56 - 50 = 6 cm³ がその 固体 の体積 |
そのあと 質量 を電子てんびん ではかり、 「質量 ÷ 体積」 で 密度 が出ます。 密度 が 7.9 g/cm³ なら鉄、 2.7 ならアルミニウム、 と物質 を 見分け ることができます。
| 場面 | はたらく 状態変化 |
|---|---|
| お風呂のフタにつく水滴 | 凝縮 (水蒸気 → 水) |
| 冬に窓がくもる | 凝縮 |
| 洗たく物がかわく | 蒸発 |
| 夏に打ち水をすると涼しい | 蒸発 (熱を奪う) |
| 冷凍庫で氷をつくる | 凝固 |
| ドライアイス (固体二酸化炭素) | 昇華 |
| 防虫剤 (ナフタレン・しょうのう) | 昇華 |
この章で学んだことをふりかえりましょう。
次の章: 第 6 章からは 気体 の性質 (酸素・二酸化炭素・水素・アンモニア) と 水溶液 (溶け方・飽和・再結晶) に進みます。 第 5 章で学んだ 粒子 モデル を思い出しながら進めましょう。