物質の状態と平衡

物質は温度と圧力に応じて固体・液体・気体の三つの状態をとります。粒子の熱運動が激しくなるほど、粒子どうしの結びつきがゆるみ、固体→液体→気体へと変化します。

この状態変化には必ず熱の出入りが伴い、固体を液体にするのに必要な熱が融解熱、液体を気体にするのに必要な熱が蒸発熱です。液体の表面から蒸発した気体が示す圧力を蒸気圧といい、温度が高いほど大きくなります。

液体を加熱していき、この蒸気圧が外の大気圧と等しくなると、内部からも気化が起こって沸騰します。つまり沸点は蒸気圧が外圧に等しくなる温度であり、山の上では気圧が低いので水は100℃より低い温度で沸騰します。

気体は、圧力を上げると体積が反比例して縮み（ボイルの法則）、温度を上げると体積が比例して膨らみます（シャルルの法則）。これらをまとめたのが気体の状態方程式 PV = nRT で、圧力・体積・物質量・温度（絶対温度）の関係を一つの式で表します。

何種類かの気体が混ざっているときは、各気体が単独で容器を占めたときに示す圧力（分圧）の和が全圧に等しくなります（ドルトンの分圧の法則）。温度は必ず絶対温度（K）で扱うことが計算上の注意点です。

うすい溶液では、溶けている溶質の「種類」ではなく「粒子の数」だけで決まる性質が現れます。これを束一的性質といいます。

純粋な溶媒に比べて、溶液は沸点が高くなり（沸点上昇）、凝固点が低くなり（凝固点降下）、半透膜を隔てると溶媒が溶液側へ移動しようとする圧力（浸透圧）が生じます。いずれも溶質粒子の濃度に比例しますが、基準となる濃度の種類が異なります。

沸点上昇と凝固点降下は、溶媒1kgあたりの溶質の物質量で表す質量モル濃度に比例し、浸透圧は、溶液1Lあたりの溶質の物質量で表すモル濃度に比例して π = cRT（ファントホッフの式）で求められます。どちらの濃度を使う場面かを取り違えないことが、計算問題での第一の関門です。

もう一つ注意すべきは、塩化ナトリウムのように水中で電離する物質は、1モルが複数のイオンに分かれて粒子数が増えるため、その分だけ効果が大きくなることです。