化学変化と物理変化の違いは何ですか。

物理変化:同じ物質で、見た目が変わる

物理変化では、物質の見た目は変わりますが、粒子は同じままです。紙を切る、缶をつぶす、輪ゴムを伸ばす、ガラスを割るといったことはすべて物理変化です。かけらは小さくなったり形が変わったりしますが、紙、金属、ゴム、ガラスのままです。

状態変化も物理変化です。氷が溶けると液体の水になり、水が沸騰すると水蒸気になりますが、分子はどれもH₂Oのままです。分子がより速く動き、より遠く離れて広がるだけです。固体の二酸化炭素であるドライアイスは、−78.5 °Cで固体から直接気体になります。これを昇華といい、できた気体もCO₂です。

砂糖や塩を水に溶かすことは、ふつう物理変化として扱われます。水を蒸発させれば、固体をもとに戻せるからです。

化学変化:新しいものができる

化学変化では、もとの物質の原子どうしの結合が切れ、原子が新しい組み合わせでつながります。その結果、新しい性質をもつ1つ以上の新しい物質ができます。原子そのものがなくなるわけではなく、並び方が変わるだけです。

木を燃やす、鉄がさびる、卵を加熱する、ケーキを焼く、牛乳が酸っぱくなる、食べ物を消化するといったことはすべて化学変化です。鉄がさびるときは、灰色の金属と酸素の気体が、はがれやすい赤褐色の固体になります:4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃。コンロで天然ガスが燃えるときは、メタンと酸素が二酸化炭素と水になります:CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O。

化学変化のしるし

原子が組み替わる様子は見えませんが、手がかりを探すことはできます。最も一般的なしるしは5つあります。単に色を混ぜただけではない色の変化、気体の発生(泡やあわ立ち)、2つの液体を混ぜたときに固体ができること(沈殿といいます)、温度の変化、そして光が出ることです。新しいにおいも手がかりになることがあります。

重曹と酢を混ぜると、2つのしるしが同時に見られます。二酸化炭素の気体ができるのであわ立ち、混合物は少し冷たくなります。反応式は NaHCO₃ + CH₃COOH → CH₃COONa + H₂O + CO₂ です。燃えているろうそくは熱と光を出し、切ったリンゴは空気中の酸素と反応して茶色くなります。

手がかりにだまされることもある

しるしはヒントであって、証拠ではありません。お湯が沸騰すると泡が出ますが、その泡は水蒸気にすぎないので、沸騰は物理変化です。青と黄色の絵の具を混ぜると緑になりますが、絵の具は混ざっただけで、新しい物質に変わったわけではありません。光る電球は光と熱を出しますが、電球が別のものに変わるわけではありません。

確実に判断するには、化学式の異なる新しい物質ができたかどうかを考えます。変化がもとに戻しやすいかどうかも役に立つヒントです。溶けた氷はまた凍りますが、燃えたマッチはマッチには戻りません。ただし、物理変化がすべて簡単にもとに戻るわけではありません。割れたお皿は割れたままです。

並べて比べてみよう

組にして比べると、違いがはっきりします。バターを溶かすのは物理変化ですが、トーストを焦がすのは化学変化です。水を沸騰させるのは物理変化ですが、水に電気を通して水素と酸素の気体に分解するのは化学変化です:2H₂O → 2H₂ + O₂。紙を破るのは物理変化ですが、紙に火をつけるのは化学変化です。

化学では、物理的性質と化学的性質という言い方もします。色、密度、融点などの物理的性質は、物質を変えなくても観察できます。燃えるかどうか、酸と反応するかどうかといった化学的性質は、化学変化が起きたときにはじめて現れます。