氷が水に浮くありがたさ。Network氷が水に浮くありがたさ。状態を決める、分子の振る舞いその昔、ギリシャのデモクリトスは「全ての物質は、小さな粒からできている!」と主張し、当時の大哲学者アリストテレスの四元素説に反対しました。彼の考えを『原子論』というそれから2000年以上も信じられていなかった『...menon.network2020.02.09今回は、人類に最も身近な物質である「水」の不思議な状態変化を、体積と密度に注目しながら紹介します。水はとっても不思議な物質であり、その特性が地球や生命を守っていたのです。熱を加えたり、冷やしたりすると物質の状態は変化します(状態変化)。このときの分子の様子から、体積の変化に注目してみましょう。固体と液体の体積関係ギッシリ分子が規則的に並んだ固体は、一粒一粒が細かく震えているだけで、全体としてしっかり形を保っています。これを加熱すると、分子の運動が激しくなり、液体となります(融解)。液体になれば、分子同士が離れるので、全体の体積は大きくなります。熱により分子が動くので、液体では体積の方が大きい逆に、液体が冷えて固体になるとき(凝固)は、体積が小さくなります。融けて液体になったロウがビーカーに入っているとします。これが冷えると凝固します。その際には体積が小さくなるので、真ん中がへこんだ形で固まることになります。凝固の際は、体積は小さくなるロウは外側からじっくり冷えるため、最後に固まる真ん中部分は、体積が小さくなる分が空洞になるわけです。融解しても凝固しても、分子の動きが変わるだけ。分子の数はそのままなので、質量はまったく変化しません。熱を得て、自由に動き回り始めた液体の分子たち。ここからさらに加熱すると、分子はさらに激しく動いて空気中に脱出し、猛スピードで空中を動き回るようになります(蒸発)。分子同士は遠く離れ離れになってしまいます。したがって、気体の体積は圧倒的に大きくなります。液体のときの1000倍以上になることが多いです。袋に少量のエタノールを入れて、それにお湯に浸すなどして温めると、袋が膨張します。袋内のエタノールの一部が蒸発し、体積が大きくなったからです。冷えると元にもどる気体が冷えて液体になると(凝結)、逆に体積は小さくなります。気体になっても分子の数は変化なし。質量も、全く変化しません。(クリックで詳細)ライフル銃の弾丸は、時速約3000kmで発射されるらしいです。新幹線...時速300km飛行機...時速800km音速...時速1200km(秒速340m)であることを考えると、とてつもないスピードです。撃たれたらほぼ確実に死にます。実は、今あなたの体に、ライフル銃に負けないスピードの弾丸がぶつかっています。その弾丸の正体は...、酸素や窒素、水素などの気体です。固体の物質での分子は、それぞれ細かく振動しています。細かく振動しつつ、分子同士しっかり繋がっている固体が加熱されて融解すると、熱のエネルギーによりもっと振動が激しくなり、分子が自由に動きます。液体では分子が自由に動けるので、液体の形は自由に変わるさらに熱が加わり蒸発が起こると、液体中の分子がもっと暴れだして広がり、物質は気体になります。気体になるほど熱が加わるとエネルギーが高くなり、上図のように分子は空中を猛スピードで動き回ります。二酸化炭素...時速1360km酸素...時速1600km窒素...時速1700km水蒸気...時速2100km水素...時速6400kmとなります(1気圧/25°Cの場合)。あなたの部屋でもどこでも、音速を超えるスピードで、気体の分子の弾丸はあなたに容赦なくぶつかっています。分子はとても小さくて軽いので、分子の弾丸がぶつかっても痛みを感じませんし、死にません。状態変化では、固体から気体の順番に体積が大きくなっていきます。密度について忘れてしまった人は復習しておきましょう。【密度】浮かぶ物質、沈む物質アルキメデスの原理を覚えていますか?水に入った物質は、そのおしのけた水の重さだけ、浮力を受けることができます。水中では、全ての物質に浮力が働いています。沈む物質もあれば、浮かぶ物質もあります。丸太...menon.network2019.09.13同じ質量ならば、体積が大きいほど密度が小さく、体積が小さいほど密度が大きくなります。従って、例えば液体のロウの中に固体のロウを入れると、固体のロウは沈みます。※液体のロウは無色透明です固体のロウの方が、液体より密度が大きいからです。「水」は不思議な物質だった!水は生命にとって絶対に不可欠で、最も身近な存在の一つです。その水も、固体(氷)→液体(水)→気体(水蒸気)と状態変化する物質ですね。水の「昇華」「凝華」は、特殊な環境でのみ起こるしかしこの水、状態変化においては少し不思議な性質を持っているのです。☕湯気や雲は気体ではなく、液体だよ☕湯気を気体だと思ってませんか?(クリックで詳細)鍋ややかんでお湯を沸騰させると、湯気がでてきます。沸騰させなくとも、お風呂のお湯は蒸発し、湯気が出ていきますね。一点注意、この湯気は気体ではありません。気体(水蒸気)ならば、目に見えないはずです。白っぽく見えるということは...、湯気は液体なのです。お湯から蒸発した水蒸気が外気で冷やされ、凝結したものが湯気です。水蒸気(気体)が空気中で冷やされ凝結し、湯気(液体)になる空を見上げて見える白い雲も、水蒸気が冷えて凝固した水です。雲は空に浮くことができるの?水は、液体より固体の体積が大きい珍しい物質ロウやエタノールなど、物質の三態の体積変化は、基本的には以下の通り。なんと、液体よりも固体の方が体積が大きいのです!(約1.1倍に膨らむ)水は氷になるとき、分子が隙間がある状態で固まる珍しい物質なのです。水は凝固して氷になると体積が増えるので、ビーカーに入れた水を凍らせると、膨らむことになります。左のロウなどは、普通の物質は凝固で体積が減るため、中心がへこみます。右の水は凝固で体積が増えるため、中心が膨らみます。ビーカーの端からゆっくり凍り始め、最後に中心が凍る時に膨らむわけです。水は氷になると体積が増えてしまうため、冬は水道管が破裂することが多くなります。氷の方が水よりも体積が大きいということは......、氷の方が水よりも密度が小さいことを意味します。普通は固体のほうが密度が大きいが、水は氷の密度が小さいその証拠に、氷は水に浮かびますよね。これは、水より氷が密度が小さい(同じ質量のとき、体積が大きい)ことを表しています。氷の方が密度が小さいので水に浮かぶ偉大な「水」は、不思議な性質で生命を守るロウエタノールなど通常の物質は、固体の体積が一番小さくなります。水だけは固体の体積が大きくなる不思議な物質。流氷は決して沈まず、海に浮いている実は地球の生命は、「凍ったら体積が増える」この不思議な水の性質に守られています。氷のほうが水より密度が大きかったら?もし、普通の物質と同じく、氷の方が密度が高かったとしましょう。この場合、氷は水に沈むことになります。北極の氷は全て海底に沈みます。この時点で、ホッキョクグマは生きていけません。狩りができなくなったり、溺れ死ぬ可能性もあります。海面で水が凍って氷になる氷が海底に沈むまた海面で水が氷になる氷が海底に沈むの繰り返しで、やがては海底から表面まで凍り尽くしてしまいます。寒い地域の海や湖では、冬は水中生物が生きていけません。氷の密度が水よりも小さいお陰で、氷は表面を漂ってくれます。温かい水は底にとどまるので、魚が泳ぎつづけることができます。春になると、融けた氷は温まり底に沈み、湖底の水は上昇する。人間にとって大切なものだけど、普段は見ることも感じることもできないもの......。ニュートンが重力の存在を証明したように、見えない力に気づくのが理科(物理)の面白いところ。皆さんが理科(化学、物理など)を通して身につけるべき能力は、「データを読み解く力」です。世界で活躍するためには、ある結果と計算を記録したグラフや表から、たくさんのことを読み取る力が求められます。【光の屈折1】反射と同時に起こる、屈折の基礎を学ぶこの回では、光の屈折の基礎を学びます。【乱反射】目の前のリンゴと、その虚像が見える理由を学ぼうこの回では、乱反射を通して「なぜ、目の前のリンゴが見えるのか?」を学びます。反射の法則について基本を理解していることが前提なので、まだの人は先に以下の2つを学んでおきましょう。地球上にある物質では、金属は素材の王様としてとても大切な存在でした。金や銀、鉄やアルミニウムがなければ人類の進歩もなかったでしょう。今回はもう一つのとっても大切な物質、炭素について学んでいきます。発見/開発と、ハーバー妻の自殺1700年代は、数々の気体が発見された、化学として革命的な時期となりました。それぞれに面白いエピソードがあり、化学を学ぶことにワクワクさせてくれます。コメントをキャンセルメールアドレスが公開されることはありません。氷が水に浮くありがたさ。氷が水に浮くありがたさ。状態変化メタ情報ログイン投稿フィードコメントフィードWordPress.orgタイトルとURLをコピーしました。