危険物乙四 基礎的な物理学及び基礎的な化学 問71｜固液気の状態変化の名称と方向

誤っているのはイです。「液体が固体になる変化」は凝固であり、融解ではありません。

• ア（正）: 固体→気体は昇華。
• エ（正）: 液体→気体は蒸発（気化）。
• ウ（正）: 気体→液体は凝縮（液化）。
• イ（誤）: 液体→固体は凝固。融解は逆（固体→液体）。
• オ（正）: 固体→液体は融解（正しい）。

状態変化は6種類あります。固体→液体（融解）、液体→固体（凝固）、液体→気体（蒸発/気化）、気体→液体（凝縮）、固体→気体（昇華）、気体→固体（凝結/逆昇華）。選択肢イは「融解」と「凝固」を入れ替えた典型的な引っかけです。

状態変化の名称と方向（確立した物理学）:

物質の三態（固体・液体・気体）間の変化には、それぞれ固有の名称があります。

• ア（正）: 固体→気体は昇華。第4類危険物では一般に昇華は起こらないが、定義は重要。
• エ（正）: 液体→気体は蒸発（気化）。第4類引火性液体が常温で蒸気を発生する根拠。
• ウ（正）: 気体→液体は凝縮（液化）。
• イ（誤）: 液体→固体は「凝固」が正しく、「融解」ではない。融解は固体→液体。
• オ（正）: 固体→液体は融解。

引っかけのパターン: 融解（固体→液体）と凝固（液体→固体）の方向を逆にする誤りが定番。名称と方向をセットで記憶することが重要です。

【理論的背景】

物質の状態変化は、構成粒子（原子・分子）の熱運動エネルギーと粒子間の引力（分子間力）のバランスによって決まります。温度が上昇するにつれて熱運動が激しくなり、固体→液体→気体へと変化します。固体では粒子が格子状に固定され（振動のみ）、液体では流動可能、気体では粒子間の距離が大きく独立して運動します。

【状態変化中の温度挙動と潜熱】

状態変化が起きている間、温度は変化しません（一定）。これは与えられた熱エネルギーが状態変化（結合の切断）に使われるためで、この熱量を「潜熱」といいます。

• 融解熱（融解潜熱）: 固体→液体の変化に必要な熱量（1gあたりの値が比融解熱）。
• 蒸発熱（気化熱）: 液体→気体の変化に必要な熱量。蒸発熱は一般に融解熱より大きい。
• 第4類危険物では蒸発熱が大きいと液面が蒸気を多量に発生させにくく、引火点付近での蒸気濃度管理に影響します。

【第4類危険物との接続】

第4類危険物はすべて引火性液体（常温では液体）で、その危険性は液体から蒸発した気体（蒸気）が空気と混合して引火・爆発する点にあります。状態変化のうち「蒸発（液体→気体）」が危険性の核心です。蒸発速度は液体の種類と温度・表面積・換気条件に依存します。引火点は「蒸気濃度が燃焼下限値に達する最低液体温度」として定義され、沸点の低い物質ほど引火点が低くなる傾向があります（例: ガソリンの沸点40〜220℃・引火点−40℃以下、ジエチルエーテルの沸点34.6℃・引火点−45℃）。

【試験での位置づけ・各選択肢の発展補足】

乙四試験では状態変化の名称の正確な対応（融解/凝固の混同）が問われます。

• ア（正）: 固体→気体は昇華。例: ドライアイス（CO2）・ナフタレン。第4類では通常起こらない。
• エ（正）: 液体→気体は蒸発（気化）。第4類の危険性の根拠。
• ウ（正）: 気体→液体は凝縮（液化）。蒸気が冷えた壁等で液化する現象。
• イ（誤）: 液体→固体は凝固。融解は逆方向（固体→液体）。
• オ（正）: 固体→液体は融解。

【根拠】確立した物理学（物質の三態・状態変化の定義）。

【補足】状態変化中は温度一定（潜熱が使われる）。融解（固体→液体）と凝固（液体→固体）の方向の混同が最頻出の誤り。