それでは早速、乙4解説第2回目やっていきましょう。
という事で、水と氷は同じ物質です。
どういう事で！？
今回の乙4解説は以上です。次回は熱と温度の正体について解説していきます
待って、ボケ担当私だから！私にツッコミは務まらないから！
でも水と氷が同じ物質かって、そんなの同じに決まってるじゃないですか。
なんでちょっとキレ気味なのよ
とりあえず、前置きはこのぐらいにして本編行きましょ！
水と氷はおなじ物質？
例えば、鉛筆の芯に使われる黒鉛と、宝石のダイヤモンド。
これらは同じ炭素原子によってできていますが、間違いなく別の物質です
にも関わらず、同じ水分子でできている水と氷は同じ物質と言えるのでしょうか
うーん、黒鉛とダイヤモンドは、温度とかに関わらず、常に違う物質じゃん？
でも、水は温度を下げて凍らせないと、氷にはならないじゃん？
そこがキモになってくるんじゃないかなって思うよ！
ふ〜む
あー、うん、そうですね
まあ、45点くらいならあげてもいいんじゃないでしょうか
あ、わりといい線いってる感じなんだね。
例えば、範馬勇次郎が黒鉛を握って握りしめてダイヤモンドを作った場合、これは『化学変化』です
唐突な範馬勇次郎の登場に、一同驚きを禁じ得ない
対して、水を凍らせて氷になった場合は『物理変化』であり、あくまで状態が変わっただけに過ぎません。
なるほど。要するに、水を凍らせて氷になった場合は『物理変化』であり、あくまで状態が変わっただけに過ぎないわけだね！
それは要せてないです。ただ復唱しただけです。
なんでダイヤモンドだけリアルなんだよ
イメージに合うものがいらすとやになかったので
まあいいや。じゃあその『物理変化』と『化学変化』の違いはなんなの？
はい、次はそちらについて考えていきましょう。
化学変化とは
前回、原子や結合について勉強しましたよね？
同じ化学用語で『分子』というものにも聞き覚えがあるのでは無いでしょうか。
うん！なんか、原子が合体して分子になるんだよね！
はい、原子が共有結合する事で分子を形成します。ちなみに、イオン結合の場合は分子ではなくイオン結晶と呼びます
このように、原子単体で存在するものもありますが、
複数の原子で分子などを構成し、さらにその分子が集まって物質を構成している訳ですね
意外と結構ややこいんだね！
図にするこんな感じです。物質＞分子･イオン結晶＞原子となるわけですね
ここまでが前提知識です。まず黒鉛とダイヤモンドへの変化
『化学変化』は、その物質を構成する原子に変化があるものです
より単純に言うと、化学式に変化があるものをいいます
なるほどね。
例えば、ここに水分子が2つあったとします。
これが、まぁ色々となんやかんやあって、水素と酸素に分解しました
なんやかんやってなんやねん
なんやかんやです。化学式表すとこうなりますね。
2つの水分子が、水素分子と酸素分子に分解しています。
分子の構造に変化が起こり、化学式も変わってるので、当然これは化学変化になります
ほーん。化学式に変化があるかではんだんすればいいのね
あれ？でも、ダイヤモンドも黒鉛も、どっちも炭素原子だけでできてるよ？
原子の部分に変化なくない？
とぉ、思うじゃないですかぁ？
なんか、言い方ムカつくな
たしかに、両方とも炭素原子だけで構成されているんですが、結合の仕方が変わっているのです。
炭素は最外殻電子を4つ持っている原子です。
そのうち、3つを使って共有結合していると黒鉛になります。
4つ全てで共有結合を行うとダイヤモンドになります。
なーんか難しそうだなぁ〜
乙四では重要では無いので、詳しくは説明しません
ちなみに、ダイヤモンドがカチコチなのは、縦にも横にも結合があるためです。
対して黒鉛は縦の結合がありません。なので、ダイヤモンドと違って擦るような横向きの力が加わると、すぐに崩れてしまう訳ですね。
ちゃんと理由があるんだね〜
このように、構成する原子に変化が変わっていなくとも、化学変化として扱われるパターンもあります。
まあ、ここら辺の判断は問題を解いていけば、フィーリングでなんとなくわかるようになります。
最後、急に適当になったな
また、一点覚えておいてほしい事があります。
炭素とダイヤモンドのように、同じ原子が出来ているが、結合の仕方違うため別の物質として扱われるものを『同素体』といいます。
状態変化とは
さて、姉さん。化学変化については理解する事ができましたね
うい！完璧よ！
それでは、逆に水から氷への変化が、化学変化ではない理由もわかりますね？
化学式に変化があったら化学変化って事は、
裏を返せば、化学式に変化がなければ化学変化じゃないって事だよね！
そうですね。つまり、水が氷になったとしても、同じH2Oのままだから、化学変化ではないという事ですね。
もちろん、結合の仕方に変化もありません。
では逆に、水と氷では一体何が違うのでしょうか？
温度、ではないんだよね…？
はい。温度が下がった結果、何かが変わって氷になりました
さっき状態っていってたけど、なんの状態なんだろう…
うん、わからん。
じゃあ、答え合わせです。
これが物質の状態、つまり固体、液体、気体の3つの状態の違いです。
言葉で聞くより、目で見た方が理解しやすいので、この画像を見て理解してください
絵へったくそだなぁ～
固体は分子が整列した状態
液体は整列はしてないけど集まってる状態
気体は分子がバラバラになってる状態
って感じかな？
化学変化は原子の結合の仕方の違いだったけど、物理変化は分子の状態の違いなんだね
その通りです。あくまで分子の状態が変わっただけで、化学式や結合の仕方に変化はありません。
なので、水と氷は同じ物質であると言えるわけです。
この固体、液体、気体という三つの状態の事を『物質の三態』と言いますので、覚えておいてください。
このように、化学式や結合の仕方に変化がない場合は、化学においては同じ物質として扱われます。
まとめ
実際の乙四の試験においては、化学変化かどうかを聞かれる問題が結構出題されます
ほうほう、具体的にはどんな問題が出るのかね？
それは少し長くなってしまうので第2-2回に説明します。
少し短いですが、今回はここで終わりです。最後にまとめを載せておきます。
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