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水蒸気

一般小学生

まとめ

水蒸気
水が気体になった状態であり、無色透明で目には見えない不可視の物質

解説

物質の状態変化において、水が液体から気体へと変化する現象を「気化」と呼びます。これには液面から起こる「蒸発」と、液体の内部からも気化が始まる「沸騰」の2種類があります。標準気圧下では100℃で沸騰が起こり、この過程で水は元の液体のときよりも体積が約1600倍という劇的な膨張を示します。

以下の表は、水の状態による性質の違いをまとめたものです。

項目 液体(水) 気体(水蒸気)
状態 液体 気体
可視性 目に見える(水滴) 目に見えない(透明)
体積変化 1倍(基準) 約1600倍

気象学においては、空気中の水蒸気が上昇気流によって冷やされ、露点に達して凝結することで雲が形成されます。また、生物学的には植物が根から吸い上げた水を葉の気孔から放出する「蒸散」が重要です。試験では、葉の表裏にワセリンを塗る実験を通じて、それぞれの部位からの蒸散量を計算させる問題が頻出します。

コラム

江戸時代には「蘭引(らんびき)」と呼ばれる蒸留器が用いられ、液体を加熱して水蒸気にし、それを再び冷却して純度の高い液体を取り出す技術が普及していました。化学実験では水蒸気の存在を確認するために青色の塩化コバルト紙を用い、水に触れて桃色に変化する性質を利用します。

また、丸底フラスコを熱湯につけると水が吸い上げられる現象は、内部の空気が膨張して追い出された後、発生した水蒸気が冷えて液体に戻ることで内部の気圧が急激に下がるために起こります。気象の言い伝えである「富士山の笠雲」も、湿った空気が山を越える際の断熱膨張によって水蒸気が凝結し、雲が発生することに由来する科学的な現象です。

小学生のみなさんへ

水が温められて、目に見えない「気体」になったものを水蒸気といいます。よく、やかんの口から出ている白い「湯気」を水蒸気だと思っている人がいますが、実は湯気は小さな水のつぶ(液体)なので、水蒸気ではありません。本当の水蒸気は、やかんの口のすぐ近くにある、何も見えない透明とうめいな部分にあります。

水が水蒸気に変わると、体積たいせき(かさ)が約1600倍にもふくらみます。反対に、水蒸気が冷やされて水にもどることを「凝結ぎょうけつ」といい、これが空の上で起こると雲になります。また、植物しょくぶつも葉っぱにある「気孔きこう」という小さな穴から水蒸気を出していて、これを「蒸散じょうさん」と呼びます。

ルラスタコラム

寒い地域では、冬の夜に水道の水を少しずつ流しっぱなしにすることがあります。これは、水道管の中の水が凍結とうけつして氷になると、体積が増えて水道管が破裂はれつしてしまうのを防ぐためです。水は状態が変わるときに体積が大きく変化する不思議な物質ぶっしつなのです。

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