物質の状態変化／ホームメイト

状態変化

水は普段は液体ですが、沸騰すると湯気として気体となり、凍らすと氷となって固体になります。物質の状態には、このように固体・液体・気体があり、これを「物質の三態（さんたい）」と言って、それぞれの状態の特徴はまったく異なります。熱を与えられたり、うばわれたりして物質の状態が変化することを「状態変化」と言います。

物質が液体から固体に変化すると、物質の体積は減少する場合が多いのですが、水の場合は固体になった時に体積は増加します。また、物質が加熱されて、液体から気体に変化すると体積は増加します。これは水も同じです。

一般的に、物質は加熱されて固体、液体、気体へと状態変化していくにつれて体積は増加し、反対に気体から液体、固体へと状態変化していくにつれて体積は減少していきます。ただし質量は変わりません。またあらゆる物質は、状態変化しても他の物質に変化することはありません。

融点と沸点

液体の水を加熱して、100℃になると気体の水蒸気に状態変化します。また、0℃になると氷へと状態変化します。水蒸気をさらに加熱すると100℃以上になり、氷をさらに冷やすと0℃以下になります。

物質が固体から液体に状態変化するときの温度を「融点（ゆうてん）」と言い、質量に関係なく、物質の種類によって決まっています。また、物質が液体から固体に状態変化するときの温度も、融点と一致します。なお、物質が液体から固体に状態変化するときの温度は「凝固点（ぎょうこてん）」と言います。水の融点は0℃ですが、水銀では－39℃、酸素は－218℃、鉄は1536℃、銅は1085℃と、物質によって大きな差があります。

水やエタノールは、室温でも液体の表面からほんの少しずつ気体に変化しています。このように表面から気体に変化することを「蒸発（じょうはつ）」と言います。表面だけでなく、内部からも気体に変化する状態を「沸騰（ふっとう）」と言います。

物質が沸騰して、液体から気体に状態変化する時の温度を「沸点（ふってん）」と言い、質量に関係なく、物質の種類によって決まっています。また、物質が液体から気体に状態変化する時の温度は、沸点と一致します。水の沸点は100℃ですが、水銀では357℃、酸素は－183℃、鉄は2863℃、銅は2571℃と、融点と同じように物質によって大きな差があります。

蒸留（じょうりゅう）

沸点や融点は、1種類の物質では一定した温度となりますが、2種類の異なる物質を混ぜ合わせたものでは、沸点も融点も決まった温度を示さなくなります。例えば、水とエタノールを混ぜ合わせた場合、エタノールの沸点が78℃なのに対し、水の沸点は100℃とそれぞれ違います。水とエタノールの混合物になると、エタノールの沸点付近で沸騰しはじめますが、沸騰している間の温度は、ゆるやかに上昇します。この上昇は、水とエタノールを混ぜ合わせる割合によっても変わってきます。

液体の混合物を沸騰させ、出てくる気体を冷やして液体に状態変化させると、沸点の低い物質を多くふくむ液体が得られます。これによって混合物からふくまれている物質を取り出すことができます。こうした気体を冷やして液体として取り出す方法を「蒸留（じょうりゅう）」と言います。石油を用途に合わせて分けるときは、蒸留を用います。採掘された石油の原油は、沸点が異なるさまざまな物質からできた混合物です。原油を精留塔（せいりゅうとう）という装置に入れて加熱し、沸点の違いによって石油ガス、ガソリン、灯油、軽油、重油を取り出します。これを石油の「分留（ぶんりゅう）」と言います。