危険物乙四 基礎的な物理学及び基礎的な化学 問50：物質の三態・状態変化

誤りはオです。液体が気体になるとき（蒸発）は周囲から熱を奪い、周囲を冷やします。

• ア（正）: 融解（固→液）は熱を吸収。
• イ（正）: 蒸発（液→気）は熱を吸収。
• ウ（正）: 昇華は固→気の直接変化。
• エ（正）: 状態変化中は温度がほぼ一定（潜熱）。
• オ（誤）: 蒸発は周囲から熱を奪う（周囲を冷やす）。放熱して温度を上げるは逆。

「融解・蒸発・昇華は吸熱／変化中は温度一定」を押さえます。

状態変化と熱（潜熱）:

物質は固体・液体・気体に変化し、変化に伴って熱が出入りします。

• ア（正）: 融解（固体→液体）は熱を吸収する（融解熱）。
• イ（正）: 蒸発（気化）（液体→気体）は熱を吸収する（蒸発熱・気化熱）。
• ウ（正）: 昇華は固体が直接気体になる（またはその逆）変化（ドライアイス・ナフタレン等）。
• エ（正）: 状態変化の最中は、加えた熱が潜熱として状態変化に使われるため、温度はほぼ一定に保たれる。
• オ（誤）: 液体が気体になる（蒸発）ときは、周囲から熱を奪うため周囲を冷やす（打ち水・汗の気化で涼しくなる）。「周囲に放熱して温度を上げる」は逆。

吸熱（融解・蒸発・昇華）↔ 放熱（凝固・凝縮・凝華）の対応も押さえる。

引っかけパターン: 蒸発を放熱・周囲を温めるとする（本問のオ）、状態変化中に温度が上がり続けるとする。「融解・蒸発・昇華は吸熱（周囲を冷やす）／変化中は温度一定」を固定します。

【理論的背景】

物質の三態（固体・液体・気体）の間の変化を状態変化といい、必ず熱の出入りを伴います。固体→液体→気体の方向（融解・蒸発・昇華）は熱を吸収し、逆方向（凝縮・凝固・凝華）は熱を放出します。状態変化中に出入りする熱を潜熱といい、この間は温度が変化しません。乙四では、蒸発が周囲を冷やすこと（吸熱）と、状態変化中の温度一定が問われます。

【状態変化と熱の整理】

• 吸熱（熱を吸収）:

- 融解（固→液）: 融解熱。

- 蒸発（気化）（液→気）: 蒸発熱（気化熱）。周囲から熱を奪うので周囲を冷やす（汗・打ち水・冷媒の原理）。

- 昇華（固→気）: 昇華熱。

• 放熱（熱を放出）:

- 凝固（液→固）・凝縮（液化）（気→液）・凝華（昇華の逆）（気→固）。

• 潜熱と温度一定: 状態変化中は、加えた（奪った）熱が分子の結合状態を変えるのに使われ、温度は一定に保たれる（例: 沸騰中の水は100℃のまま）。状態変化が終わると再び温度が変わる。

【危険物との接続】

• 蒸発と引火: 第4類危険物は液面から蒸発（吸熱）した可燃性蒸気が燃焼します。蒸発しやすい（沸点・引火点が低い）ほど危険です。
• 冷却消火: 水は蒸発熱（気化熱）が大きく、火災で水が蒸発する際に大量の熱を奪うため冷却消火に優れます（ただし第4類への棒状注水は液面拡大で不適）。
• 二硫化炭素・特殊引火物は蒸発しやすく、揮発による蒸気の滞留が危険につながります。蒸発の吸熱・潜熱の概念は、これらの挙動の理解の基礎です。

【試験での位置づけ】

状態変化と熱は物理化学で標準的な論点（頻出度B）です。核心は、(1)融解・蒸発・昇華は吸熱（逆は放熱）、(2)蒸発は周囲を冷やす（吸熱）、(3)状態変化中は温度一定（潜熱）、(4)昇華は固↔気の直接変化、です。引っかけは、蒸発を放熱・周囲を温めるとする（本問のオ）、状態変化中も温度が上がり続けるとする、です。「方向で吸熱/放熱・蒸発は周囲を冷やす・変化中は温度一定」を固定します。

【各選択肢の発展補足】

• ア（正）: 融解（固→液）は熱を吸収。
• イ（正）: 蒸発（液→気）は熱を吸収。
• ウ（正）: 昇華は固→気の直接変化。
• エ（正）: 状態変化中は温度がほぼ一定。
• オ（誤）: 蒸発は周囲から熱を奪い周囲を冷やす。

【根拠】確立した物理学（状態変化と潜熱）。

【補足】融解・蒸発・昇華は吸熱（逆は放熱）。蒸発は周囲を冷やす。状態変化中は潜熱に使われ温度は一定。