固体か液体か？ 砂糖を水に溶かした場合、その砂糖は

質問

固体か液体か？

砂糖を水に溶かした場合、その砂糖は固体か液体か？

回答No.7

ORUKA1951

溶液になったとたんに液低か固体かの議論が成り立たないのはおかしいです。
　砂糖水にしても、水と砂糖の濃度と共に考えてみると、温度を上げると砂糖と水は任意の割合で溶け合いますが、それはとりあえず置いておいて。
　この場合、どの濃度のときに砂糖粒子が固体・あるいは液体といえるのでしょう。砂糖が100%で融解しているときは液体であることに異存はないでしょう。水が100%のときは兎も角、砂糖粒子が1pptでも溶けていたら水は液体？砂糖は液体？

　なぜ、この様に混乱するかと言うと、その粒子に着目するのではなく周囲に存在する粒子の種類に目が言ってしまうからです。

　砂糖が水に溶けているとき--それは全体としては溶液ですから--溶液全体に対して液体・固体は理解しやすいですが、「その物質は？」となるととたんにわからなくなるようでは困ります。
　氷が溶けて水になるとき、全体では共存状態ですが、一つ一つの粒子について考えると、液体であるか固体であるかは、その粒子の持つ内部エネルギー--自由度--に着目しないとなりません。
　砂糖が水に溶け始めたとたんにそれは液体化固体か議論できないというのは、氷が溶け始めたとたんに、固相の水分子も存在するので液相にある水分子が固体か液体か議論できないというのと同じです。

　後回しにした「温度を上げれば任意の割合で砂糖と水は溶け合う」に戻ると、融解した砂糖に水を加えると、このときはいずれの砂糖分子も液体(液相)にあることは理解できていると思います。では、水を少しずつ加えて温度を下げても溶けたままのときは砂糖粒子は液相--液体ではないのですか？

　その粒子が液体の状態--液相に存在するか、そうでないかだけにだけ注目すると、砂糖粒子は液相を構成する粒子であることは明白です。隣に誰がいるかは関係ないです。
　氷に塩をかけると、氷は溶けます。そのときの水分子は液体の状態にあります。零℃以下であってもです。

　浸透圧と気体の状態方程式の比較で、気体粒子と同じなのではないかと言う議論がありますが、それはそれぞれの式を完成していく経過を見ればわかるように、一つ一つの粒子が自由に動けて衝突すること--すなわち液体・気体両方に成り立つということであって、結果が気体の状態方程式と同じ形になるから気体というのは乱暴すぎます。逆に気体の状態方程式は液体の浸透圧の式と同じだから、気体は実は液体だというのと同じです。

　ポイントは、その粒子が周囲--隣が誰であろうと---に対して自由に動き回れるかそうでないかを考えればよいです。現に砂糖が水に溶けるときは吸熱反応です。これは固体の砂糖が水に溶けるのと同じ計算ができます。

　ガラスが固体か液体かは、固体と液体の定義をどう定めるかによるもので、この問題の本質とは関係ありませんが、ガラス管を壁に立てかけておくと曲がります。はっきりした融点がありません。結晶が見られません。・・などの理由で、固体の定義を「変形しないこと。融点を持つこと。結晶構造をもつ。」と定義すれば固体でないと言う意味に過ぎません。鉛は同様に変形しますが、これは固体です。変形するときに結晶の粒界がずれますが結晶自体は保ったままです。

　この質問が、議論になってしまうのは、最初の質問に固体をどう定義するか、液体をどう定義するかが書かれていないことも一因かもしれませんが・・。たとえそうであっても、砂糖水中の砂糖粒子は液相にあるか固相にあるかと考えれば単純かと思います。

回答No.6

htms42

私はどちらかと言えば＃３様の意見に賛成です。
液体であるとはっきり言うことができるのは「砂糖水」です。
溶液の１つの成分である砂糖について単に、「液体か、固体か」と問うことは意味を持ちません。
混ぜる前の状態が固体であるということは言うことができますが水と混ざってしまって全体が液体状態になった時、砂糖は何という状態にあると言えばいいのでしょうか。

砂糖が水に溶けている時、砂糖は分子レベルで分散しています。
（分子レベルにまで細かくなっていなければ小さな固体の粒が散らばっているという状態です。これはまだ溶け切っていない状態であると判断していいでしょう。）
固体か、液体か、気体かと問うことが意味を持つためには初めにどのような立場で相との対応を考えるのかを断る必要があります。全体が固体であれば成分も固体、全体が液体であれば成分も液体というのも一つの立ち場でしょう。でも別の立場も可能です。分散している溶質を分散している状態のまま、位置関係や距離を変えないで抜き出すという仮想的な操作を考えてみます。そうやって抜き出した上でその分散状態の特徴が３つの相の特徴のどれに近いかということを考えるというのが次の段取りです。
質問文にはこういう風な「～という立場で考えてみる」という文章が一切ありません。

２つ目の立場で考えてみます。

固体：成分粒子が互いに位置を変えることが出来ません。
　　　成分粒子は粒子間に働く引力で可能な限り近づいています。
　　　これを成分粒子は接触している状態にあると解釈することにします。
流体：成分粒子が互いに位置を変えることができます（流れることができます）。

流体は２つに別れます。液体と気体です。
液体と気体は粒子間の距離が異なります。
液体での粒子間距離は固体の場合に近いです。粒子間に働く引力の影響が強く現れています。気体は粒子間距離が大きいです。粒子の間に働く引力の影響はほとんど現れていないとしていい状態です。理想的に気体を考える場合は粒子間の引力の影響が全く現れていない状態であるとします。この２つの区別はいつでもハッキリとしているわけではありません。粒子間距離が小さくなったときに、働く引力の効果を打ち消すのに十分なだけ温度が高ければ違いが出てこなくなります。

砂糖水の中での砂糖分子の状態は、固体での状態、液体での状態、、気体での状態のどれに近いでしょうか。動くことができるかどうかと砂糖分子の距離とから考えることになります。砂糖水ということからすれば固体ではないということになるでしょう。液体か気体かは濃度によって変わってくるでしょう。
薄い砂糖水であれば気体、濃い砂糖水であれば液体です。水を含んでいる場合でも水が少なければ飴のようになる場合があります。その場合は固体としていいでしょう。

うすい砂糖水について浸透圧の式や凝固点降下の式を当てはめることがあります。どちらも砂糖分子が互いに独立して存在することを前提としています。教科書では希薄溶液の性質ということで出てくる内容です。
浸透圧の式が気体の状態方程式と同じ内容になっているということは気体粒子の存在の仕方と砂糖水の中の砂糖分子の存在の仕方が同じであるとみなしていいのではないかということの反映です。

気体と固体では体積が千倍ほど異なります。粒子間の距離で考えると１０倍ほどです。
１Ｌの水には水の分子が５６ｍｏｌ含まれています。水溶液の濃度が０．１ｍｏｌ／Ｌ程度以下であれば中に溶けている溶質粒子の平均距離は気体であるとした時とあまり変わらないものになっています。ｐＨを［Ｈ^+］で表すことができるのもこういういう場合です。水中に存在しているＨ^+が互いに無関係に存在しているという扱いが可能になっている濃度なのです。

飴は長い時間にわたって力を加えると流れます。
流れる、流れないの判断はどれくらいの時間スケールで考えるかにによって変わってきます。
時間さえかければ食塩の結晶でも変形します。岩石も変形します。
常識的に、日常生活のレベルで考えている時は固体は流れないとしていいはずです。

ガラスが液体であると書いてある本もありますが、流れる、流れないという立場で言えば固体です。食器棚の中に置いてあったガラスのコップの形がいつの間にかぐにゃぐにゃになってしまっていたなんてことは起こりません。「～という立場で考えるとガラスは液体であるとしていい」という文章ならいいのですが、単に「ガラスは液体である」と書いてあるのであれば誤りだと言ってもいいでしょう。固体を流れる、流れないではなくて結晶構造を組んでいるか否かで判断している場合もあります。その場合も註が必要です。「ガラスは液体である」、「固溶体は液体である」という表現もこの立場のものです。でも半田の塊を手に持って「液体だ」と言えば聞いている人が「？？？？」と思うでしょうね。プラスティックスの容器もたいていは結晶化していませんので液体だということになってしまいます。

お礼

ご教授、ありがとうございます。
基本、分かっているつもりでも人にどう説明したらいいのか
わからずに投稿させていただきました。

皆さんのご意見はよくわかりました。
特に　htmsさん、詳細な説明ありがとうございました。

回答No.5

NiPdPt

なぜ、こういう誤った見解を出す人が続出するのかわかりませんね。
砂糖水は液体です。定義云々以前の問題としてみればわかることです。ただし、これは水と砂糖の混合物である砂糖水についての話です。
百歩譲って、希薄溶液の溶媒が液体であることを認めたとしても、その溶質について固体とか液体とかを議論することはできません。

回答No.4

ORUKA1951

液体です。溶液だろうが純物質だろうが液体・固体の相はあります。
まず液体/固体の定義を考えてください。
固体とは、それを構成する要素が(規則正しく)整列していてその位置や方向を変えないもの。
液体とは、それを構成する要素の距離は保たれているが位置や方向は自由に変化するもの。
　でした。()内は厳密な意味での固体です。ガラスやアモルフォスは規則正しく整列していないが［その位置や方向を変え］ません。また液体でも特定の方向には規則性のある液晶が存在します。

　たとえば砂糖を熱して溶かして、それに水を加えて希釈することをイメージすると、溶液中では砂糖が液体であることが理解できるでしょう。温度を下げても固体として析出しなければ液体のままです。濃度が濃く析出すれば析出した砂糖は固体ですが、溶液中の砂糖分子は液相に存在--液体です。
・凝固点降下
・はんだなどの合金
・・とか

回答No.3

NiPdPt

固体でも液体でもありません。溶液です。溶液中の溶質について、固体か液体化という議論は成り立ちません。

回答No.2

ninntenn

砂糖も水に溶かせば液体だけど一定量を越えたらコップのそこに溜まり始めるよ。
水の沸騰する温度が１００℃って決まってるみたいに混ざる限界も決まってるってことですね。

回答No.1

suz83238

塩も砂糖も水に溶ければ液体