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気体

一般小学生

まとめ

  • 物質の三態固体液体・気体)の一つであり、一定の形や体積を持たず、容器全体に自由に広がる流体状態を指す。
  • 温度変化に伴い体積が大きく変化する性質を持ち、加熱されると膨張し、冷却されると収縮する。
  • 流体として「対流」を引き起こし、熱を効率的に運ぶほか、音を伝える速さは固体や液体に比べて最も遅い。

解説

物質は熱の吸収放出によって状態を変化させるが、気体は分子間の結合が極めて弱く、空間全体に拡散しようとする性質がある。例えば、水が沸騰して水蒸気になる際、その体積は元の液体の約1600倍にまで劇的に増加する。この膨張率は固体や液体よりもはるかに大きく、温度上昇に伴う体積変化が顕著である。

また、気体は流体であるため、温度差が生じると密度変化によって「対流」が発生する。温められた部分は密度が小さくなって上昇し、冷たい部分は下降するという循環運動を通じて、空間全体の熱移動を主導する。さらに、気体の物理的性質として、水への溶けやすさ(溶解度)は温度に依存し、一般的に温度が高くなるほど気体の溶解度は小さくなるという特徴がある。

コラム

気体の捕集には、その物理的性質に応じた方法が選ばれる。水に溶けにくいものは「水上置換法」、水に溶けやすく空気より軽いものは「上方置換法」、重いものは「下方置換法」が用いられる。

また、実用面では二酸化炭素の性質を利用した消火技術が挙げられる。二酸化炭素は酸素を遮断して火を消す「窒息消火」が可能であり、液体や粉末と異なり跡が残らないため、精密機器や美術品の保護に非常に適している。

小学生のみなさんへ

空気や水蒸気のように、決まった形や体積を持たず、自由に動き回って広がる物質の状態を「気体」と呼びます。気体は温められると体積が大きくなり、冷やされると小さくなります。例えば、水が沸騰して水蒸気になると、体積はもとの液体の約1600倍にもなります。

気体には熱を伝える「対流たいりゅう」という動きがあります。温まった気体は軽くなって上へ行き、冷たい気体は下へ行くことで、部屋全体の温度が変わります。また、音を伝える速さは、石(固体)や水(液体)に比べると、空気(気体)が一番遅いという特徴があります。

気体を集める時は、水に溶けやすいか、空気より重いかによって方法を変えます。二酸化炭素にさんかたんそのように火を消す力がある気体は、特別な消火器しょうかきにも使われています。気体はあとに残らないので、大切な機械などを守るのに役立っています。

ルラスタコラム

ポテトチップスの袋がパンパンに膨らんでいるのを見たことはありますか?あれは中に「窒素」という気体が入っているからです。気体はクッションの役割をして中身が割れるのを防ぐだけでなく、酸化を防いで味を長持ちさせてくれるんですよ。

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