受験基礎化学 3.熱運動と状態変化

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絶対温度

 

絶対温度 ケルビン

 

セルシウス温度に比べて必ず273.15℃高い。

 

Kp20-1

 

 

僕らは通常は、温度を表すときには℃という単位を使っている。

セルシウス温度というものである。

ま、セ氏というヤツなのだが、それ以外にカ氏という単位もある。

単位はFと書く。

そういえば以前に香港で病気になったことがあるのを思い出した。

そのときに体温を測ったら102度だった。

102度と言っても℃ではなく102Fで、これは一体、高いのか低いのか

わからずに、さらに熱が出たことがある。

いやいや、すでに発熱していたのだ。

おっと、今はカ氏のことを書くんじゃなかった。

絶対温度だった。

カ氏のことはちょっと忘れて。

今のなし。

セ氏と絶対温度だけ覚えてね。

 

絶対温度ってのは単位をKであらわし、ケルビンと読む。

 

温度というのは、超超わかりやすく言うと、分子の運動の速さのことなのだが、温度が高いと分子が速く運動し、温度が低いと遅くなる。

ってことは…分子が止まるときの温度があって、それ以下の温度って存在しないんじゃない??って疑問がわくのだが、まさにその通りなのだ。

ザッツライト。

セ氏はただ単に、水が凍るときの温度を0℃にしましょう、水が沸騰するときの温度を100℃にしましょう、ってことで取り決められた尺度だ。

で、ちなみに、分子が全く動かなくなるときの温度は絶対温度では0K(ゼロケルビン)という。

これをセ氏で計算すると、あっ、-273.15℃だったのね…ってことなワケだ。

そこを絶対零度として、あとはセ氏と同じスパンで温度が上がっていく。

つまり、−273.15℃が0Kで、0℃が273.15Kになる。

変換するときに、足すのか引くのかわからなくなるときがあるから、「ケルビンさんはセ氏よりもいつも273背が高い。」と覚えよう。

 

 

 

拡散

 

拡散

物質が広がっていく現象。

物質は熱運動によって拡散する。

したがって温度が高い方が早く拡散する。

 

Kp.22-1

 

    ニューグローバル問題11

 

移動が出来る物質は放置しておくと、どんどん広がっていく。

これを拡散という。

温度が上がると、運動エネルギーが大きくなるので速く拡散するようになる。

ま、当たり前か。

 

 

 

物質の三態 (固体・液体・気体3つの状態)  

                           

 

Kp.23-1

   

状態変化は物質の状態が変わるだけなので物理変化である。

これに対して、物質の種類が変わるのは化学変化である。

 

物質には固体、液体、気体という3つの状態がある(ま、ドライアイスのように例外もあるけどね)。

水で言えば、氷、水、水蒸気がそれに該当する。

それぞれ、固体から液体、液体から固体が融解、凝固。

液体から気体、気体から液体を蒸発、凝縮。

固体から気体、気体から固体を昇華、凝結という。

凝結っていう表現は2015年度の受験生から使われるので、古いおじいちゃん先生に習うときは、どっちも昇華って習うかもしれないけど、昇華⇄凝結 という表現もあるから気をつけてね。

 

  ニューグローバル問題10

 

 

 

状態変化とエネルギー(熱)

 

 

Kp24.-1

 

固体を加温していくと、温度が一定になるところがある。

そこが融点だ。

融点は加熱しているエネルギーが、融解に使われるために温度が変わらない。

すべてが液体になると、また温度が上昇し始める。

加熱を続けていくとまた一定になるところがあるが、そこを沸点という。

沸点は液体状の分子を気体にまでバラバラにする必要があるので、蒸発熱は融解熱より大きいのが一般的である(つまり、平坦な部分が長い)

温度が一定の部分を状態変化といい、固体が液体に、液体が気体に変化しているときをいう

 

 

 

物質の体積の変化

 

Kp.25-1

 

一般的には固体<液体<気体の順に体積が大きくなる。

ただ例外として、氷は水よりも体積が大きいので注意しよう。

固体、液体、気体に変化するときの変化を物理変化といい、化学式が変わっていないことに注意する。

また純物質の場合、固体から液体(その逆も)、液体から固体(その逆も)に変化している最中は温度は一定である。

 

 

 

自然界に存在する元素(重さ)ランキング

 

 宇宙

Kp26-1

 地殻

Kp26-2

 海水

Kp.26-3

 人体

Kp.26-4

 

自然界に存在する元素ランキングで注意するのは上の4つだ。

宇宙、地殻、海水、人体。

宇宙は軽い粒子ほど多い。

地殻の順位はクラーク数と呼ばれており、「おっしゃってかな」で覚えよう。

海水はほとんど水で、塩ちょっと。てな感じで、人体は水が多いが、Hは原子量が小さいのでCと逆転してしまう。

まあ面倒なので「落ちへん(OCHN)」と覚えようか。

 

 

 

沈殿

 

もしも水中にClが溶けているなら、硝酸銀(AgNO3)を加えると、白い沈殿を生じる。

 

AgNO3 +Cl→ AgCl(白沈)+ NO3

 

塩酸に大理石を入れたり、有機物を燃焼したりすると、二酸化炭素(CO2)が生じる。

二酸化炭素を石灰水に通じると白色沈殿を生じる。

 

CO2+Ca(OH)2 → CaCO3(白色沈殿)+H2O

 

つまり、石灰水に気体を通じて、白濁沈殿を生じたら、その気体はCを含んでいたことがわかる。

 

 

Clイオンが含まれている水溶液に、Agを添加すると、AgClの白色沈殿が速やかに生じる。

Agを含むものとして一般的なのは硝酸銀水溶液(AgNO)である。

つまり、何か分からない液に硝酸銀水溶液を添加して、その液が白濁したなら「ああ、Clがあったよ。」ってことになる。

また、同様に、COを石灰水に通じるとCaCOの白色沈殿を生じるが、何かの気体を石灰水に通じたときに白色沈殿を生じたのなら、その気体はCOであるといえる。

 

ニューグローバル問題9

  (「混合物の分離」についてはこちら)

  (「炎色反応」についてはこちら)

 


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