技能一覧 › 中学理科 身のまわりの物質

状態変化と質量・体積

状態変化で質量は変わらず体積が変わることを使い、密度から変化後の体積や体積の増減を求められる(例: 水が氷になるときの体積の増加)

前提

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説明

物質が固体・液体・気体のあいだで状態変化するとき、質量は変わらないのに体積は変わります。このことと密度を組み合わせると、状態変化したあとの体積や、体積がどれだけ増えたか・減ったかを計算できるようになります。水がこおって氷になるとふくらむ量や、ろうがかたまると縮む量を求めるときに使います。

なぜそうしてよいのか

状態変化では、物質をつくる粒子の数は変わらず、粒子の間隔や運動のようすが変わるだけです。粒子の数が変わらないので、粒子全体の重さである質量も変わりません。一方、粒子の間隔が変わるので、全体がしめる体積は変わります。

そこで、変化の前後で「質量が同じ」ことを手がかりにします。まず変化前の密度と体積から で質量を求めます。この質量は変化後も同じなので、変化後の密度を使って で変化後の体積がわかります。

同じ質量なら、密度が小さい状態ほど体積が大きくなります。たとえば氷の密度は水より小さいので、水がこおると体積は増えます。多くの物質(ろうなど)は逆に、液体より固体のほうが密度が大きいので、固体になると体積は減ります。

手順

  1. 変化前の状態の密度と体積(または質量)、変化後の状態の密度を書き出す

  2. 変化前の質量を求める:

  3. 状態変化しても質量は変わらないので、この質量をそのまま変化後の質量とする

  4. 変化後の体積を求める:

  5. 体積の増減を問われたら、 を計算し、増えたか減ったかを確かめる

例題

の水をすべてこおらせて氷にした。水の密度を 、氷の密度を とするとき、体積は何 増えたか求めよ。

例題の解答

手順 1:変化前は水で、密度 g/cm、体積 cm。変化後は氷で、密度 g/cm。

手順 2:水の質量は g。

手順 3:こおっても質量は変わらないので、氷の質量も g。

手順 4:氷の体積は cm。

手順 5:体積の増加は cm。氷の密度は水より小さいので、体積が増えたことと合っている。

よって、体積は 20 cm 増えた。

答え:

よくある誤り

この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。

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