まとめ
- 物質が温度や圧力の変化に伴い、固体・液体・気体の三態の間でその姿を変える現象。
- 状態変化が起きている間は、加えられた熱エネルギーがすべて状態の変化に費やされるため、物質の温度は一定に保たれる。
- 多くの物質は液体から固体になると体積が減少するが、水は水素結合による結晶構造の影響で、氷になると体積が増加する特異性を持つ。
解説
物質を構成する粒子（原子や分子）は常に熱運動を行っています。温度が上昇するとこの運動が激しくなり、粒子間の間隔が広がることで体積が変化します。固体から液体へ変化する「融解」や、液体から気体へ変化する「蒸発・沸騰」の際には、粒子間の結合を断ち切るために外部から熱を吸収する必要があります。このとき吸収される熱を「潜熱」と呼びます。
加熱の過程において、液体の表面から気化が起こる「蒸発」に対し、沸点に達して液体内部からも激しく気化が始まる現象を「沸騰」と呼びます。沸騰が継続している間は、与えられた熱が液体の結合を切り離して気体にするために使われるため、液体が完全に消失するまで温度上昇は停止します。逆に、気体から液体、液体から固体へと変化する際には、熱を周囲に放出するプロセス（放熱）が発生します。
水がこおって氷になったり、わかして湯気（水蒸気）になったりすることを「状態変化」といいます。物質は、温度が変わることで「固体」「液体」「気体」という3つの姿に変わる性質を持っています。
ふつう、物は冷やされて固まると、かさ（体積）が小さくなります。しかし、水だけは特別です。水は氷になると、かさがふえて大きくなるというめずらしい性質があります。冬に外にある水道管がこおって破裂してしまうことがあるのは、このためです。
また、水を熱していくと、100度になったときに、あわがたくさん出てはげしく湯気に変わります。これを「沸騰」といいます。おどろくことに、水がすべて湯気になるまで、温度は100度のまま上がりません。熱が、水の温度を上げるためではなく、姿を変えるために使われているからです。
寒い地域では、冬の夜に水道の水を少しだけ出しっぱなしにすることがあります。これは、水道管の中の水がこおって体積がふえ、管を突き破ってしまうのを防ぐための知恵なんだよ。
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