そうした疑問に答える図が、横軸を温度、縦軸を圧力とした状態図です。 状態図は物質の三態を表す、とても大切な図です。特に上の「水の状態図」は教科書や資料集などで必ず確認しましょう。左上が固体、右上が液体です。下が気体。この位置関係を間違えないようにします。 固体と液体と気体の境界を見てください。状態図の境界にある点は、その温度と圧力において物質は同時に二つの状態を持つことができます。水も0℃では水と氷の二つの状態を持ちます。100℃でも水と水蒸気の二つの状態を持ちます。 この二つの状態を持つことができる条件というものは状態図の境界線を見るとわかるのです。 ここで三つの境界線がすべて交わっている点を三重点といいます。これは物質に固有の点であり、実は℃といった温度の単位は、水の三重点の温度を基準に作られています。 臨界点 水の状態図で、右上の液体と気体を分ける境界線は、永遠に右上に伸びていくわけではなく、臨界点という点で止まってしまいます。 臨界点では、それ以上に温度を上げても液体の状態を維持することができません。これは高校化学の範囲を超えてしまいますが、固体・液体・気体という物質の三態と異なる、特殊な状態があることは頭に入れておきましょう。
まとめ 最後に,今回の内容をまとめておきます。 この分野は覚えることが多いですが、何回も繰り返し読みしっかりマスターしてください!
4 蒸発熱・凝縮熱 \( 1. 013 \times 10^5 Pa \) のもとで、 沸点で液体1molが蒸発して気体になるときに吸収する熱量のことを 蒸発熱 といい、 凝縮点で気体\(1 mol\)が凝縮して液体になるとき放出する熱量のことを 凝縮熱 といいます。 純物質では蒸発熱と凝縮熱の値は等しくなります。 蒸発熱は、状態変化のみに使われます。 よって、 純物質の液体の沸点では、沸騰が始まってから液体がすべて気体になるまで温度は一定に保たれます 。 凝縮点でも同様に温度は一定に保たれます 。 ちなみに、一般的には蒸発熱は同じ物質の融解熱よりも大きな値を示します。 1. 5 昇華 固体が、液体を経由せずに直接気体にかわることを 昇華 といいます。 ドライアイス・ヨウ素・ナフタレンなどは、分子間の引力が小さいので、常温・常圧でも構成分子が熱運動によって構成分子間の引力を断ち切り、昇華が起こります。 逆に、 気体が、液体を経由せず、直接固体にかわることも 昇華 、または 凝結 といいます。 気体が液体になる変化のことを凝結ということもあります。 1. 6 昇華熱 物質を固体から直接気体に変えるために必要な熱エネルギーの量(熱量)を 昇華熱 といいます。 2. 物質の三態 図. 水の状態変化 下図は、\( 1. 013 \times 10^5 Pa \) 下で氷に一定の割合で熱エネルギーを加えたときの温度変化の図を表しています。 融点0℃では、固体と液体が共存しています 。 このとき、加えられた熱エネルギーは固体から液体への状態変化に使われ、温度上昇には使われないため、温度は一定に保たれます。 同様に、沸点100℃では、加えられた熱エネルギーは液体から気体への状態変化に使われ、温度上昇には使われないため、温度は一定に保たれます。 3. 状態図 純物質は、それぞれの圧力・温度ごとに、その三態(固体・液体・気体)が決まっています。 純物質が、さまざまな圧力・温度においてどのような状態であるかを示した図を、 物質の状態図 といいます。下の図は二酸化炭素\(CO_2\)の状態図です。 固体と液体の境界線(曲線TB)を 融解曲線 といい、 この線上では固体と液体が共存しています 。 また、 液体と固体の境界線(曲線TA)を 蒸気圧曲線 といい、 この線上では液体と固体が共存しています 。 さらに、 固体と気体の境界線を(曲線TC)を 昇華圧曲線 といい、 この線上では固体と気体が共存しています 。 蒸気圧曲線の端には臨界点と呼ばれる点(点A)があり、臨界点を超えると、気体と液体の区別ができない超臨界状態になります (四角形ADEFの部分)。 この状態の物質は、 超臨界流体 と呼ばれます。 3本の曲線が交わる点は 三重点 と呼ばれ、 この点では気体、液体、固体が共存しています 。 三重点は、圧力や温度によって変化しないことから、温度を決定する際のひとつの基準点として使われています。 上の図の点G~点Kまでの点での二酸化炭素の状態はそれぞれ 点Gでは固体 点Hでは固体と液体が共存 点Iでは液体 点Jでは液体と気体が共存 点Kでは気体 となっています。 4.
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