らくらく化学実験＿物質の三態・蒸気圧

大した大気圧　　

　空きかんに水を入れて熱し、冷水に入れます。すると、大きな音を出して一瞬にしてぺしゃんこに！密閉したわけではないのに、実に見事なパフォーマンスです。
逆さにして一気に水槽へ この通りぺしゃんこに
動　画：アルミ缶が音を出してぺしゃんこになる

「準　備」 水槽　　アルミの空き缶　　るつぼばさみ　　バーナ＋金網
「手　順」

  1. 空き缶に水を少し入れて加熱、沸騰させる。
  2. 缶をルツボバサミでつかんで、逆さにしてすぐさま水槽に入れる。

「注意と工夫」
  1. 缶を逆さにするとき、熱湯が手にかからないよう注意。
  2. ボトル式の缶は、ネックがつかみやすいので便利。

「解　説」
気体から液体への劇的変化
　水は、その独特な構造からくる水素結合の影響から分子間に相互作用が強く働き、固体−液体−気体、つまり氷→水→水蒸気への、いわゆる三態の変化が劇的に起こる物質です。もっとも、劇的というのは我々の生活する環境（常温常圧）を基準にした考えではありますが。
　アルミ缶の内部で一杯になっていた水蒸気は、水槽の水に触れた瞬間に液体に戻ろうとします。缶内部が一気に減圧されるので、軟らかいアルミ缶はぺしゃんこになるというわけです。おおざっぱなとらえ方をすれば、沸騰している際の缶内部の気体の状態はＰ＝１atmから常温での水蒸気圧へと瞬時に変化することになります。この変化を外側から冷静に観察すれば、蒸気圧が低下した部分の穴埋めに、アルミ缶の側面から大気圧が働いたというとらえ方ができるのです。


「演　習」
  1. 水分子の構造を電子配置により示しなさい。
  2. 水分子の三態のイメージを描きなさい。ただし、水素−酸素の結合角は９０度として表現して良い。
  3. 水の蒸気圧曲線から、１００℃と常温時の水の蒸気圧を調べなさい。また、熱せられていた水が水槽（常温）に触れた際の体積変化と関連させて述べなさい。