本記事では危険物乙4の「基礎的な物理および基礎的な化学」の試験範囲である物理変化と化学変化・物質の種類について解説していきます。
※「危険物乙4の物理化学は難しい？過去問や覚え方・ポイントや計算問題は？」もぜひ合わせてご覧ください。
特に物理変化と化学変化の違いは本番の試験でもよく問われるので、必ず理解しておきましょう。
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物理変化と化学変化の違いとは？化学変化の種類も紹介
物質は温度や圧力といった周囲の条件によっても変化しますし、2つ以上の物質が混じり合ったり分かれたりすることによっても変化します。
物質の変化は、大きく物理変化と化学変化に分けられます。
単に物質の状態や形が変化するだけで、物質を構成する元素などの成分が変化しない場合を物理変化といいます。
融解、凝固、蒸発（気化）、凝縮（液化）、昇華などの状態変化は物理変化です。
そして、物質を構成する元素などの成分が変化し、異なる物質に変わる場合を化学変化といいます。
主な化学変化には、化合、分解、複分解、置換、重合があります。
それぞれの詳細は以下です。
＜化合＞
2種類以上の物質から、異なる物質を生じる化学変化を化合といい、生じた物質を化合物といいます。
化合は、酸化反応のように具体的な反応で呼ばれ、目的や種類が明らかになっている場合が多いといえます。
＜分解＞
化合物が2種類以上の物質に分かれる化学変化を分解といいます。
例えば、水が酸素と水素に分かれる反応は分解反応です。
＜複分解＞
2種類の化合物が、それぞれに含まれる原子または原子団（原子の集団）を交換して2種類の新しい化合物になる化学変化を複分解といいます。
＜置換＞
化合物中の原子または原子団などが、他の原子または原子団に置き換わる化学変化を置換といいます。
＜重合＞
簡単な分子が互いに結合して、分子量の大きな高分子をつくる反応を重合といいます。
※高分子はポリマーとも呼ばれています。
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物理変化と化学変化の例
物理変化と化学変化の具体例は以下の通りですが、物理変化と化学変化の大きな違いは化学反応式が書けるか・書けないかです。
＜物理変化の例＞
• ドライアイスが二酸化炭素になる（昇華）
• 水が加熱されて水蒸気になったり（蒸発または気化）、冷却されて氷になったり（凝固）する
• ばねが伸びたり縮んだりする
• 水に砂糖を入れると溶ける
• ニクロム線に電気を通すと赤くなる
• 鉛を加熱すると溶ける
＜化学変化の例＞
• 鉄がさびてぼろぼろになる
• 水素と酸素が反応して水ができる
• 水が酸素と水素に分かれる（分解反応）
• ガソリンが燃焼して熱を発生する
• エタノールが燃焼して二酸化炭素と水になる
• 木炭や紙が燃えて灰になる
• 紙が濃硫酸に触れて黒くなる
• 亜鉛を希硫酸に浸すと水素が発生する
• 塩酸と水酸化ナトリウムが反応して塩化ナトリウム（塩）と水になる（中和反応）
純物質・混合物とは？
物質には、酸素や水素、水のように単一の成分からなる物質もあれば、空気や塩水のように混合した物質もあります。
物質は大きく純物質と混合物に分けられます。
窒素、酸素、二酸化炭素などのようにただ1つの成分からなる物質を純物質といいます。
純物質には、単体と化合物があります。
そして、空気のように2種類以上の純物質が混じり合った物質を混合物といいます。
第4類の危険物でいえば、ガソリンや灯油、軽油、重油が混合物となります。
混合物は一般に、蒸留、濾過などの分離操作によって2種類以上の成分に分けられます。
混合物の場合は化学式が書けません。
単体・化合物とは？
水素や窒素のように、1種類の元素からなる純物質を単体といいます。
単体はそれ以上の元素に分解することができません。
水のように、2種類以上の元素の原子が化学結合してできる純物質を化合物といいます。
化合物には有機化合物と無機化合物があります。
化合物は分解することができ、H2O（水）のように化学式が書けます。
混合物と化合物の違いは、化学式が書けるか書けないかです。
同素体
1種類の元素からなる単体でも、原子の結合の仕方によって化学構造や性質の異なるものが2種類以上ある場合は、これらを互いに同素体であるといいます。
主な同素体は以下の通りです。
| 元素 | 同素体 |
|---|---|
| リン（P） | 黄リン、赤リン |
| 硫黄（S） | 単斜硫黄、斜方硫黄、ゴム状硫黄 |
| 炭素（C） | グラファイト、ダイヤモンド、フラーレン |
| 酸素（O） | 酸素、オゾン |
同族体
化学的性質が互いに類似した炭素数の異なる一連の有機化合物のことを同族体といいます。
第4類の危険物でいえば、アルコール類に属するメタノール、エタノール、n-プロピルアルコール、イソプロピルアルコールは、互いにアルコールの同族体です。
異性体
同じ分子式（原子の数で示した化学式）を持つ化合物でも、原子の結合のしかたによって分子の構造や性質が異なる物質を異性体といいます。
第4類の危険物でいえば、オルトキシレン、メタキシレン、パラキシレンは互いにキシレンの異性体です。
練習問題
最後に、上記で解説した知識が身に付いているかを確認するための練習問題を2問ご用意しました。
解答＆解説も付いているので、危険物乙4を受験予定の人は必ず解いておきましょう。
※もっとたくさんの練習問題を解きたい人は「危険物乙4の練習問題！すべて無料問題かつ本番と同じ問題数・難易度です」をご覧ください。
【練習問題1】
化学変化のみの組み合わせはどれか。正しいものを1つ選びなさい。
- 中和、凝縮、昇華
- 気化、酸化、液化
- 潮解、風解、融解
- 分解、融解、燃焼
- 燃焼、分解、中和
【解答＆解説】
正解は5・・・（答）です。
化学変化には以下の5通りがあります。
- 化合（A＋B→AB）
- 分解（AB→A＋B）
- 置換（AB＋C→AC＋B）
- 複分解（AB＋CD→AD＋CB）
- 重合（AB→ABABAB・・・）
また、別の見方をすれば、燃焼・分解・中和・酸化でもあります。
【練習問題2】
元素、化合物および混合物の組み合わせとして、正しいものを1つ選びなさい。
| 元素 | 化合物 | 混合物 | |
|---|---|---|---|
| 1 | 窒素 | ガソリン | コンクリート |
| 2 | 銀 | 軽油 | 重油 |
| 3 | エチルアルコール | 硫酸 | 煙 |
| 4 | 炭素 | 海水 | セルロイド |
| 5 | 硫黄 | アセトン | 灯油 |
【解答＆解説】
正解は5・・・（答）です。
元素は窒素・銀・炭素・硫黄、化合物はエチルアルコール・硫酸・アセトン、混合物はガソリン・コンクリート・軽油・重油・煙・海水・セルロイド・灯油です。
以上
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