なんとなくわかる高校化学

状態図

【まとめ】状態図とはある圧力、温度での物質の状態を把握することができます

ここでは物質の状態と圧力の関係について見ていきたいと思います。

前のページで温度が上がると物質が固体、液体、気体と状態が変わっていくと述べましたが、実は温度だけでなく、圧力によっても物質の状態は変化します。

温度の変化で物質が変わる際のイメージを思い出してほしいのですが、温度が上がると物質のエネルギーが大きくなり、分子が自由に動けるようになり、固体→液体→気体へと変化します。

温度と分子運動の関係


そして、温度と同じように、圧力を変えると物質の状態が変わります。

まず最初に気体になった分子を見てもらいたいのですが、気体の状態では分子は自由に動いています。しかし、まわりからの圧力が大きくなっていくと下図のように分子は動ける範囲が狭くなり、徐々に動けなくなります。

その結果、分子への圧力を上げると物質は部屋に閉じ込められるようになり、気体、液体、固体へと変わっていくのです。

圧力と分子運動の関係

つまり、温度を上げると物質は固体から気体になり、圧力を上げると気体から固体になるのです。


そして、このように温度と圧力が変わると状態が変わるということを示した状態図というものがあります。

状態図

状態図は各物質によって線の伸びる方向、角度は異なるのですが、見方としては青字の線で分けられた領域に物質がいる時、その物質はその状態になっているということです。

例えば、下図のような状態図があった場合、圧力が1atmの時は温度が上がる(右側に行く)につれて、「固体」の領域から、順番に0℃の時に「液体」、100℃の時に「気体」へと変わっていくことがわかります。

※atmとは圧力の単位で1atmが大気圧の1,013hPa、つまり標準気圧と呼ばれるこの世界の一般的な気圧だと思ってください。

水の状態図 (圧力1atm)

そして、例えば圧力が上がり、1.2atmになった場合は-20℃で固体から液体になり、120℃で気体になります。

※わかりやすさを優先しているため、これらは正確な数値ではありません。おそらく、固体は1.2atmの時に-20℃で液体にならないと思いますが、イメージだけ理解してください。。。

水の状態図 (圧力1.2atm)

このように圧力によって物質の状態が変わる温度も変わるのですが、状態図ではある圧力の時に「何℃で状態変化が起こるか」、または「ある温度の時はどの状態になっているのか」がわかる図だと思っておいてください。

ちなみに圧力と同じように、温度が変わると状態が変わる圧力が変わるということも状態図からわかります。
(下図の例では-10℃と10℃で状態変化する圧力が異なることを示しています)

※わかりやすさを優先しているため、これらは正確な数値ではありません。。。

水の状態図(温度一定)

状態図についてはもう少し詳しく説明したい内容があるので、次のページでも説明しますね。

まとめると、状態図ではある圧力、温度での物質の状態を把握することができます

読んでくれてありがとう!!