（オープニングタイトル）

空気中の水蒸気が氷の結晶になった「ダイヤモンドダスト」。ポットの水が沸騰（ふっとう）してポットから出てくる水蒸気。水蒸気の先の湯気は、水蒸気が再び水に戻ったものです。水が氷や水蒸気に状態を変えるとき、どんなことが起こっているのでしょうか。

夏の暑い日。道路に水をまくと、少し涼しく感じます。このとき、まいた水を見ていると、次第に乾いていきます。水が水蒸気になっているのです。涼しく感じるのは、水が水蒸気になることと関係があるのでしょうか。水が水蒸気になるときの温度を調べてみます。ビーカーに水を入れて熱します。温度が上昇し、100℃近くになると、盛んに泡が出てきます。この泡は、気体になった水、水蒸気です。このとき水の温度は100℃近くで変わりません。なぜでしょう。実は、水が水蒸気に変わるときには、まわりからたくさんの熱をもらう必要があります。

加熱したときの水の温度変化のグラフを見ると、加熱を続けても、水は100℃以上になっていません。熱は、水が水蒸気に変わるために使われます。「気化熱（きかねつ）」です。また、水滴を見ていると、100℃にならなくても、蒸発して水蒸気になります。この水滴が水蒸気に変わるときにも、まわりから気化熱をうばいます。道路に水をまくと涼しく感じるのは、水が蒸発するときに気化熱をうばうからなのです。

水が氷になるときは、温度はどうなるのでしょうか。水の温度をどんどん下げていくと、０℃近くで氷になり始めました。冷やしたときの水の温度変化のグラフを見ると、水が氷になるあいだは、水の温度は０℃以下に下がっていません。水が氷に変化するには、水からたくさんの熱をうばう必要があります。この熱を「凝固熱（ぎょうこねつ）」といいます。水がすべて凍ったあとも冷やし続けていると、氷の温度は０℃以下に下がります。このように、水が水蒸気や氷に変化するあいだは、熱は状態の変化に使われるのです。

水以外の物質も、固体、液体、気体になるのでしょうか。試験管にエタノールを入れます。それをお湯につけて熱します。温度は上がっていき、およそ78℃あたりで止まりました。エタノールから泡が盛んに出ています。エタノールの気体です。エタノールが沸騰（ふっとう）しているのです。

今度は、エタノールをビーカーに入れて液体窒素で冷やします。温度は下がっていき…。マイナス115℃で止まりました。エタノールが固体になる温度です。エタノールは凍っています。このように、物質には固体、液体、気体の状態があり、状態が変化する境い目の「沸点（ふってん）」と「凝固点（ぎょうこてん）」は、物質によって決まっているのです。

固体、液体、気体と状態が変わったとき、質量や体積はどうなるのでしょう。小さなビーカーに固体のロウを入れ、大きなビーカーのお湯に入れて融かします。固体のロウを、融けて液体になったロウの中に入れると、沈みました。液体のロウより固体のロウのほうが重いのでしょうか。天秤（てんびん）で比べてみます。融かした液体のロウを片方にのせ、おもりとつり合わせます。冷えて固体になると、質量は変わるのでしょうか。ロウが固まってきました。でも天秤はつり合ったまま。質量は変わりません。

では、体積はどうでしょう。固まっても、ビーカーの横の面の高さは変わりません。でも中をのぞくと、へこんでいます。体積が減ったのです。固体のロウは、液体のときより密度が大きくなるので、液体のロウの中に沈んだのです。

一般に物質は、固体、液体、気体の順で体積が増えていきます。物質を、小さな粒の集まりとして考えてみましょう。固体のときはとなりの粒とのあいだに結び付きがあって、規則正しく並んでいます。温度が高くなると結び付きが取れ、粒がばらばらになります。これが液体です。さらに熱を加えると、液体の外へと飛び出していく粒があります。これが気体です。このように、物質の状態変化には体積の変化が伴うのです。

個体の氷は液体の水に浮きます。水が氷になるときの体積変化を見てみましょう。金属の板の上に水滴を垂らし、この水滴をドライアイスで凍らせます。体積はどうなるのでしょう。すべて凍ると氷の表面が盛り上がりました。水は氷になると、ほかの物質と違って体積が増え、密度が小さくなります。粒で考えてみましょう。水のときにぎっしり並んでいた粒は、氷になると六角形の形に並び、粒のあいだが広がって体積が増えます。このため、氷は水に浮くのです。