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水蒸気

一般小学生

まとめ

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 目に見えない
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、凝結して水滴や氷の粒になることで雲が形成されます。また、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」は、生物学的な水蒸気の移動現象です。試験では、葉の表裏や茎からの蒸散量を計算させる問題や、光合成呼吸に伴う気体の出入りと併せて出題されることが多くあります。

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、水蒸気に関連する現象として「丸底フラスコ熱湯につけると水が吸い上げられる現象」があります。これはフラスコ内の空気が熱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る現象であり、気体の体積変化を考察する重要な教材となります。

小学生のみなさんへ

みなさんは、おふろや、わかしたてのやかんから出る「白いゆげ」を見たことがありますか?実は、あの白いゆげは「水蒸気すいじょうき」ではありません。水蒸気は、水が目に見えない「気体」になったすがたのことです。

水が水蒸気になると、体積(かさ)がなんと約1600倍にもふくらみます。たとえば、ビニールぶくろに少しだけ水を入れて温めると、ぶくろがパンパンにふくらむのは、水が水蒸気に変身して大きくなったからです。

また、植物も葉っぱにある「気孔(きこう)」という小さな穴から、目に見えない水蒸気を出しています。これを「蒸散じょうさん」といいます。理科のテストでは、葉っぱの表と裏でどちらからたくさん水蒸気が出るかを計算する問題がよく出ますよ。

ルラスタコラム

冬の寒い夜に、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「氷」になるときに体積がふえて、管がわれてしまうのを防ぐためです。水は、こおっても、むし(水蒸気)になっても、大きさが変わる不思議な物質なのです。

テストでの問われ方・理解度チェック

【基礎】 水蒸気は「固体・液体・気体」のどの状態であり、肉眼で見ることができますか。
水蒸気は「気体」の状態であり、無色透明で目には見えません。沸騰しているやかんの口付近に見える「白い湯気」は、水蒸気が冷えて小さな水滴(液体)に戻ったものであり、厳密には水蒸気ではありません。
【応用】 少量の水を入れたポリエチレンの袋を加熱すると大きく膨らむのはなぜですか。体積の変化に触れて説明しなさい。
水が液体から気体(水蒸気)に変化すると、その体積は約1600倍にまで激しく膨張します。ポリエチレンの袋が膨らむのは、袋の中のわずかな水が加熱によって水蒸気になり、体積が急激に増えて内側から袋を押し広げるためです。
【実践】 水蒸気が発生していることを化学的に確認するために用いられる試験紙の名前と、反応後の色の変化を答えなさい。
水蒸気は目に見えないため、その存在を確認するには「塩化コバルト紙」を用います。青色の塩化コバルト紙が水(水蒸気が凝結したものを含む)に触れて「桃色(赤色)」に変化する性質を利用して、物質の発生を確認します。

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