LEARNING OBJECTES
このセクションの終わりまでに、次のことができるようになります。
- 物質の特性と変化を物理または化学として識別する
- 物質の特性を広域または集約として識別する
ある物質を別のものと識別できる特性を特性と呼ぶことにします。 物理的特性は、その化学組成の変化に関連しない物質の特性です。 物理的性質の身近な例としては、密度、色、硬さ、融点や沸点、電気伝導度などがあります。 密度や色など、ある種の物性は、観測された物質の物理的な状態を変えることなく観測することができる。 また、鉄の融点や水の凝固点など、物質が物理的に変化して初めて観測できる物性もある。 物理的変化とは、化学組成（物質に含まれる物質の同一性）の変化を伴わずに、物質の状態や性質が変化することである。 蝋が溶ける、コーヒーに砂糖が溶ける、蒸気が凝縮して水になる、といった現象が物理的変化として観察される（図1）。 また、金属を磁化・消磁する（盗難防止タグなど）、固体を粉砕する（色が変わることもある）なども物理的変化である。
図1.鍋にかぶせたガラス蓋の裏側に水滴がついている。 (a)固形の蝋を加熱すると蝋が物理変化を起こし、液状の蝋ができる。 (b)調理鍋の中で蒸気が凝縮するのは、水蒸気が液体の水に変わるという物理変化である。 (credit a: modification of work by “95jb14″/Wikimedia Commons; credit b: modification of work by “mjneuby”/Flickr)
ある種類の物質が別の種類に変わること（あるいは変わらないこと）は化学特性である。 化学的性質の例としては、可燃性、毒性、酸性、反応性（多くの種類がある）、燃焼熱などがあります。 例えば、鉄は水のあるところでは酸素と結合して錆を作るが、クロムは酸化しない（図2）。
図2. (a)鉄の化学的性質の1つは錆びること、(b)クロムの化学的性質の1つは錆びないことである。 (クレジット a: Tony Hisgettによる作業の改変、クレジット b: “Atoma” による作業の改変/Wikimedia Commons)
化学的性質を特定するには、化学変化を探します。 化学変化は常に、変化前に存在した物質とは異なる、1つ以上のタイプの物質を生成します。 錆は、錆ができる前に存在していた鉄、酸素、水とは異なる種類の物質であるため、錆の形成は化学変化である。 ニトログリセリンの爆発は、発生したガスが元の物質とは全く異なる種類の物質であるため、化学変化と言えます。
物質の特性は、2つのカテゴリーのいずれかに分類されます。 その性質が存在する物質の量に依存する場合、それは広範な特性である。 たとえば、1 ガロンの牛乳は、1 カップの牛乳よりも大きな質量と体積を持っています。 広範な特性の値は、問題の物質の量に正比例する。 ある物質の性質が、存在する物質の量に依存しない場合、それは集約的性質である。 温度はインテンシブ特性の一例です。 ガロンとカップの牛乳がそれぞれ20℃（室温）であれば、それらを合わせたとき、温度は20℃のままである。 別の例として、熱と温度という異なるが関連した性質を考えてみよう。 熱い食用油を一滴腕にかけると、短時間で軽い不快感を感じますが、熱い油の入った鍋では大やけどを負います。
危険なダイヤモンド
実験室や職場で、化学物質の容器に図 4 のような記号が表示されているのを見たことがあるかもしれません。 火災のダイヤモンド」または「ハザードのダイヤモンド」と呼ばれることもありますが、このケミカル ハザード ダイヤモンドは、特定の物質を扱う際に注意すべきさまざまな危険性を簡潔にまとめた貴重な情報を提供します。
米国防火局 (NFPA) 704 危険識別システムは、特定の物質に関する安全情報を提供するために NFPA が開発したものです。 このシステムは、可燃性、反応性、健康、およびその他の危険について詳述しています。 全体的な菱形のシンボルの中で、一番上（赤）の菱形は、火災危険度（引火点の温度範囲）を指定します。 青色（左）の菱形は、健康への有害性のレベルを示しています。 黄色（右）の菱形は、その物質がどの程度容易に爆 発や激しい化学変化を起こすかといった反応性の危険性を示している。 白（下）の菱形は、酸化剤（空気/酸素がなくても燃焼する物質）、水と異常または危険な反応を起こす場合、腐食性、酸性、アルカリ性、生物学的危険性、放射性など、特別な危険性を指摘するものである。
多くの元素がその化学的および物理的特性において劇的に異なる一方で、いくつかの元素は類似した特性を持っています。 共通の動作を示す元素のセットを識別することができます。 たとえば、多くの元素は熱や電気をよく通しますが、他の元素は伝導性に劣ります。
周期表は、類似した特性を持つ元素を近くに配置した元素表です (図 5)。
測定可能な性質は、2つのカテゴリに分類されます。
測定可能な性質は、2つのカテゴリに分類されます。広義の性質は、例えば金の質量のように、存在する物質の量に依存します。
測定可能な特性は、2 つのカテゴリに分類されます。
章末の化学
- 次の段落の下線部の 6 つの特性を化学的または物理的に分類しなさい。 フッ素は淡黄色の気体で、ほとんどの物質と反応する。 遊離元素は-220℃で融解し、-188℃で沸騰する。 細かく分割された金属はフッ素の中で明るい炎をあげて燃える。 19グラムのフッ素は1.0グラムの水素と反応する。
- Classify each of the following changes as physical or chemical:
- condensation of steam
- burning of gasoline
- souring of milk
- dissolving of sugar in water
- melting of gold
- Classify each of the following changes as physical or chemical:
- coal burning
- ice melting
- mixing chocolate syrup with milk
- explosion of a firecracker
- magnetizing of a screwdriver
- The volume of a sample of oxygen gas changed from 10 mL to 11 mL as the temperature changed. Is this a chemical or physical change?
- A 2.0-liter volume of hydrogen gas combined with 1.0 liter of oxygen gas to produce 2.0 liters of water vapor. Does oxygen undergo a chemical or physical change?
- Explain the difference between extensive properties and intensive properties.
- Identify the following properties as either extensive or intensive.
- volume
- temperature
- humidity
- heat
- boiling point
- The density (d) of a substance is an intensive property that is defined as the ratio of its mass (m) to its volume (V).
\text{density}=\frac{\text{mass}}{\text{volume}}\phantom{\rule{2em}{0ex}}; \text{d}=\frac{\text{m}}{\text{V}}
Considering that mass and volume are both extensive properties, explain why their ratio, density, is intensive.
Selected Answers
2. (a) physical; (b) chemical; (c) chemical; (d) physical; (e) physical
4. physical
6. The value of an extensive property depends upon the amount of matter being considered, whereas the value of an intensive property is the same regardless of the amount of matter being considered.
8. Being extensive properties, both mass and volume are directly proportional to the amount of substance under study. ある広範な特性を別の特性で割ると、量への依存が事実上「相殺」され、量に依存しない比率（集中的特性）が得られます。
Glossary
chemical change
change producing a different kind of matter from the original kind of matter
chemical property
behavior that is related to the change of one kind of matter into another kind of matter
extensive property
property of a substance that depends on the amount of the substance
intensive property
property of a substance that is independent of the amount of the substance
physical change
change in the state or properties of matter that does not involve a change in its chemical composition