高校化学
Unit 01
物質の状態と熱運動
固体・液体・気体はなぜ異なる性質をもつ？状態変化とエネルギーの関係を粒子レベルで整理しよう。
❄️ 固体・液体・気体🌡️ 三態変化📊 蒸気圧・状態図
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三態と粒子の熱運動
物質は温度と圧力によって固体・液体・気体の3つの状態（三態）をとる。どの状態をとるかは、粒子間の引力（分子間力・結合力）と粒子の熱運動エネルギーのバランスで決まる。
図1：固体・液体・気体における粒子の配置と運動のイメージ。温度が上がるほど粒子の熱運動エネルギーが増す。
🌡️ 三態の特徴
| 状態 | 粒子間距離 | 運動の種類 | 体積・形 |
|---|---|---|---|
| 固体 | 非常に近い | 格子点まわりの振動 | 一定（自分の形を保つ） |
| 液体 | 近い（固体に近い） | 流動（並進・回転） | 体積一定・形は容器に従う |
| 気体 | 非常に遠い | 自由な並進運動 | 体積・形ともに容器に従う |
🔄 状態変化の名称
| 変化の方向 | 名称 | エネルギー |
|---|---|---|
| 固体 → 液体 | 融解（ゆうかい） | 熱を吸収（吸熱） |
| 液体 → 固体 | 凝固（ぎょうこ） | 熱を放出（発熱） |
| 液体 → 気体 | 気化（蒸発・沸騰） | 熱を吸収（吸熱） |
| 気体 → 液体 | 凝縮（液化） | 熱を放出（発熱） |
| 固体 → 気体 | 昇華（しょうか） | 熱を吸収（吸熱） |
| 気体 → 固体 | 凝結（昇華の逆） | 熱を放出（発熱） |
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蒸気圧と状態図
蒸気圧（飽和蒸気圧）とは、密閉容器中で液体と蒸気が平衡状態にあるときの蒸気の圧力のこと。温度が上がるにつれて蒸気圧は大きくなり、外圧と等しくなったとき液体は沸騰する。
図2：水の状態図の概略。三重点では固・液・気が共存。1atm での融点（0°C）・沸点（100°C）が読み取れる。
⚠️ 水の融解曲線は右下がり（圧力が上がると融点が下がる）という特殊な性質がある。これはH₂Oが固体になると体積が増えるためで、大多数の物質とは逆向き。
✅ この単元のまとめ
- 三態：固体（振動のみ）・液体（流動）・気体（自由な並進運動）
- 状態変化は粒子間力と熱運動エネルギーのバランスで決まる
- 蒸気圧（飽和蒸気圧）は温度のみで決まり、温度上昇とともに増大
- 沸点 = 蒸気圧が外圧と一致する温度（1atm では水は100°C）
- 状態図の三重点：固・液・気が共存する唯一の温度・圧力
- 水の融解曲線は右下がり（圧力増 → 融点低下）という例外的な性質
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