状態変化 化学変化について 理科が得意な人ヘルプ！

質問

僕中学生でもうすぐ期末テストがあって勉強課題に（理科で）状態変化と化学変化の違いを原子レベルで説明できるようになっておくと言うのがあります

　そこで状態変化と化学変化についての違いはわかるのですが・・・

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　原子レベルってどういうこと？

　　　　　　　　　それを踏まえて一から状態変化と化学変化の違いについて教えてください‼

回答No.4

homma-mon

先ほどのANo3です．

三箇所，書き間違いがありました．

(1) 冒頭
誤
（1 nm，10 ？）程度
正
（1 nm，10オングストローム）程度

(2) 「１．状態の変化」のすぐ下
誤
水分子（1-2 ？程度
正
水分子（1-2 オングストローム程度

(3) 「１．状態の変化」の中の中ほど
誤　貧乏ゆすり程度はしています．
　　ても，水分子同士の位置関係は変りません．
正　貧乏ゆすり程度はしています．
　　でも，水分子同士の位置関係は変りません．

回答No.3

homma-mon

原子や分子やイオンは，1 mm の百万分の一（1 nm，10 ?）程度の大きさです．

全ての物質は，１個の原子か，複数個の原子が結合したもの（分子，イオン）かが沢山集まったものです．
この「集まり方」が違えば，目で見たその物質の様子も違ってきます．

氷（固体）と水（液体）と水蒸気（気体）という身近なもので，すでに例示されていますね．
これで，概ね，説明できています．
ただ，
　　固体，液体，気体が，原子レベルではどうちがうのか？
についての補足説明をしておきましょう．

１．状態の変化

氷も水も水蒸気も，どれも，水分子（1-2 ?程度の大きさ）が沢山集まったものです．
18 gの氷，水，水蒸気，どれにも，「６」の後に「０」が２３個も並んだ途方もない数の水分子があります．

ただ，その集まり方が違うから，
　・硬く，形を変えなず，
　　コップの中でザクザクある氷
　・どんな入れ物でもその全体に広がってしまい
　　入れ物に穴があけば，外に出てしまう水蒸気
　・コップの下の方に集まっているけれど，
　　コップの形にぴったりあう液体の水
と様々．こんな違いはなぜ起こるのか．

そこで，あなたの体をうーんと小さくしてみましょう．十億分の一くらいに．すると，水の分子はあなたの身長の 1/10 くらいの大きさに「見える」ことでしょう．

水蒸気の中では，水分子は激しく飛び回っています．
水分子同士の間には，何もない．

液体の水の中でも，水分子は動いています．
でも，水分子同士は，寄り集まっています．
水分子同士の間には隙間はほとんどない．

固体の水の中では，水分子は動いていません．
　　貧乏ゆすり程度はしています．
　　ても，水分子同士の位置関係は変りません．
水分子同士は，寄り集まっています．

沢山の幼児の集団にたとえてみましょう．

広場でてんでに飛び回っている状態が，水蒸気（気体）
広場は柵で囲まれていますが，門が開くと，幼児らは，門からどんどん出て行きます．

ラッシュアワーの駅では，お互いの体は触れ合っていています．
でも人は動けます．
改札口から出て行くこともできます．
そして，隣の人との位置関係はどんどん変ります．
これが液体．

電車の中では，ギュウギュウ詰めで，隣の人は入れ替わりません．これが氷（固体）．

では，また，1-2 mの大きさにもどって，これらの「人々」の集まりの様子を見て見ましょう．

固体ですと，電車の車両の形から変化のしようがありません．
氷は変形しません．

液体ですと，「人々」は駅舎の形に従います．でも，どこかのドアが開くと，ドッと流れます．

気体ですと，「人々」は，広がれるだけ広がってしまいます．

２．状態の変化の内訳
「人」の集まり方を変えるにはどうすればいいでしょうか．

人が動くには，ご飯がいります．つまり，エネルギーです．
固体よりも液体，液体よりも気体の方が，「人」の動きが活発です．
その分，沢山，ご飯を食べねばなりません．

融解熱，気化熱という言葉を聴いたことがあると思います．
固体のように，じっとしている「人」を動かして，液体にするのに必要な「ご飯」が融解熱．
液体のように，ゆっくりとしか動いていない「人」をもっと元気付けて気体にするのに必要な「ご飯」が気化熱．

３．化学変化
水素（H2）は，普通の温度では気体です．酸素（O2）もおなじ．
そして，掌をこれらの中で動かしても，全く抵抗はないでしょう．

【注意】
ためそうとしないでくださいね．
H2を空気中に入れると，大変危険です．
急速に空気中の O2 と反応して，爆発します．

でも，そういう「化学反応」で，水ができます．

水は，普通の温度では液体で，ちょっと冷やせば固体です．
掌を動かせば抵抗があります．
同じ温度でも，H2 や O2 とは全然異なります．

そう．水は「水素と酸素との混ざりもの」ではなく，
　　化学反応で合わさってできたもの，つまり，
　「化合物」なのです．

もともとは，
　　水素原子同士，酸素原子同士が結合していた（H-H や O-O）
ところが，パートナーチェンジをして，
　　酸素原子１個が２個の水素原子と結合しなおした（H-O-H）
という，「化学変化」なのです．

さて，原子同士をつなぐ「結合」には，電子が使われています．

H2 も O2 も，同じ種類の原子どうしが結合した分子ですから，結合に使われている電子は，二つの原子に均等に分布しています．

ところが水分子では，水素原子と酸素原子とが結合しています．異種原子同士の結合です．その結合に使われている電子は，どちらかというと，酸素原子側にかたよってしまいます（これを教わるのは中学ではなく高校かな）．

電子はマイナスの電気を帯びていますので，水分子の中で，酸素原子のあたりがマイナス，水素原子のあたりはプラスになります．

すると，水分子同士の間でプラスとマイナスとの引き合いが起きます．
この引き合いの力を振りほどいて，水分子を飛び回らせるのに必要なエネルギーは，H2 や O2 とは比べ物になりません．

ということで，全く性質の異なる物質になってしまいました．

４．まとめ
「眼に見える現象を，もっと細かい世界で見ていく」
この営みは，眼に見える現象の本質を理解するとてもよい方法です．

ノーベル賞受賞者たちも，実は，こうやって，自然現象を理解していって，すばらしい発見，発明をなしとげたのです．

「状態変化を原子レベルでの変化で見ていけ」
これをおっしゃった先生は，すばらしいですね．
尊敬します．

回答No.2

freulein

「原子レベルで見る」とは「素粒子レベルで見る」・「バルクレベルで見る」との対比で使われる言葉です。「原子の寸法」が気になる寸法上の視点で問題の状態を理解しようというものです。
例題で考えましょう。水の凝固・融解をバルク（塊）で見るときは、流動性・透明度などが気になります。原子レベルで見るときには氷の結晶構造とか水分子のブラウン運動が気になるような見方をしているということになります。素粒子レベルで見るとは、凝固・融解時の水の電子配置とか原子核の構造などには変化がないという風に理解することになるでしょう。
そこで、状態変化を理解するとは、それがバルクのどんな性状と関係しているか、また原子・分子のどのような振る舞いに由来するのかというイメージと原理を描くということになります。

お礼

回答ありがとうございます

回答No.1

Quarks

>状態変化と化学変化についての違いはわかる

これがハッキリしているなら、話は簡単です。
化学変化では、化学的性質が異なる物質が新たに生じるのですが、「化学的性質が異なる物質」とは、変化する前に有った物質を構成している原子同士の結びつき（原子間結合）と、変化後に生じた物質での原子間結合が違ったものになってしまったことを意味しています。
これに対して、状態変化は、外見上の見掛けは違ったように見えても、物質としては同じままで変化していません。つまり、状態変化では、物質を構成している原子同士の原子間結合は変わっていないということです。

状態変化では、原子間結合は変化していないのに対して、化学変化では、原子間結合が変化している。このような違いがあるということです。

具体的に見ましょう。
「氷」を温めるとやがて融けて「水」になり、さらに加熱し続けると、「水蒸気」になります。
このように、氷（固体）に熱を加えていくと、水（液体）、水蒸気(気体）のように、固体か液体か気体か、という「状態」が変化するのですが、氷も水も水蒸気も、原子レベルで見ると、水素原子２つと酸素原子１つとが結合した水分子からなるという意味では、何も変わっていないと言えそうです。
　状態変化では、原子間結合は変わらないのです。

一方、水素の気体と酸素の気体を混合して火を点けると、水が生じます。水素と水、酸素と水、いずれも全く違う物質で、結合している相手原子が、変わってしまっています。
　H－H，O＝O　だったのが、H-O－H　のように変わるのです。
（－とか＝とかの記号は、中学生では余り気にしなくて良いです。結びついている相手原子が違うことがわかれば良いです。）
　化学変化では、原子間結合が変わるのです。

このように、原子同士の結合がどうなっているかを考えるような時、物事を「原子レベルで見る」とか「ミクロに見る」などと表現します。

お礼

回答ありがとうございます。

補足

チョット中学生では理解が厳しそうです。（私ですが・・・）

H－H，O＝O　だったのが、H-O－Hらへんがどうしても気になる