状態変化で、温度が上昇せず一定の時、なぜ一定かという理由で 熱エネルギーが状態変化のためだけに使われ

状態変化で、温度が上昇せず一定の時、なぜ一定かという理由で
熱エネルギーが状態変化のためだけに使われるという理由が私にはイマイチピンときません。
状態変化のために使われていて、
個体と液体のとき、液体と気体の時が一定になると思うのですが、
このとき、それぞれ、液体になろうと、気体になろうとしてる時でその時に熱エネルギーが使われるのならば温度は何かしら変化あると考えてしまいます。

そもそもその考えを捨てるしかないですか？

No.4 回答者： doc_somday 回答日時： 2018/05/18 00:22

素直に納得できない時、無理に覚え込むのは危険、特にそれが職業に結びつく予定の場合。

将来全く縁が無さそうなら飲み込んでしまってもいい。
状態変化は平衡なので十分長い時間を掛けて相変化を起させる、あるいは相変化が起きる。だから常に固液・気液平衡が成り立ちながら相変化が進む。
系は閉鎖系で熱以外の出入りは無い、系のすべての場所で温度は等しい。

No.3 回答者： head1192 回答日時： 2018/05/17 21:04

沸騰するお湯を簡単に考えます。

沸騰するまでは熱エネルギーは水の分子を加速するために使われます。
水の分子の運動量が上がる、つまり水の温度が上がるということです。

水の温度は水の分子の運動量の平均を表しています。
もっと微視的に見ると、ものすごく速く動いている分子もあるし遅い分子もあります。

温度が上がって沸点に達すると、１００度を超えて運動する分子はすべて水蒸気となり、泡となって水面に上っていきます。
水面からは大気中に発散され、水の中には残りません、
表面からダイレクトに大気に発散していく分子もあります。

一方加熱されて運動量が底上げされているので、運動量が低い分子というのもありません。

こうして運動量の大きい分子と小さい分子は淘汰され、１００度の運動量を示す分子だけが水の中に残ります。

これを巨視的に見ると、
「沸点に達すると、熱エネルギーはすべて水を水蒸気に換えるために使われる」
となります。

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氷の場合は、水分子が氷の結晶を作る際に解放するエネルギーが水全体を温めて０度に保ちます。
すべて氷の結晶になると、解放するエネルギーがなくなるため水（氷）の温度は下がりはじめます。

No.2 回答者： yhr2 回答日時： 2018/05/17 20:49

あまり難しく考えずに、下記のようなことだと考えて理解できませんか？

氷の温度を上げていくと、0℃ で氷が融け始めても、全部融け終わるまでは「0℃ の氷と0℃ の水」の混合状態で温度は0℃ のままに保たれます。加えた熱は「0℃ の氷 → 0℃ の水」の状態変化に使われます。

同様に、水を加熱していくと、100℃ で沸騰を開始しますが、全部蒸発するまでは水は100℃ を維持します。100℃ の水と100℃ の蒸気が混在した状態です。加えた熱は「100℃ の水 → 100℃ の水蒸気」の状態変化に使われます。

No.1 回答者： むらさめ 回答日時： 2018/05/17 19:25

答えが非常に難しい質問だと思います。

状態変化の時に熱エネルギーがどう使われるかは、物質によって異なります。

純物質なら、状態変化が起こっている時には一定と考えるのが基本になっていますね。
しかし、身近にあるほとんどの物質は不純物を含んでいるので状態変化の時にも少し温度変化を生じたりします。
精密な実験による測定が必要ですが…。

純物質でも過冷却や過熱により状態変化が有るべき温度で起こらず、
例えば液相から固相に状態変化するとき、凝固点温度以下になって初めて凝固が始まり、その後凝固が凝固点で進行するような現象もあります。
凝固点以下の温度まで下げないと、固相の結晶核となる成長核が生成しないからで、金属などの凝固現象では教科書に出ているような現象です。
一応、大学の化学系に進学すると熱力学を学びその延長線上で凝固現象を学ぶので、こんなものだと覚えておくのが良いように思います。

そして、その専門課程の教科書でも基本の事しか出ておらず、液相の温度低加速度がどう影響するのか、
液相の対流現象があったらどうなのか…等、古来、学術論文で数え切れない程論じられています。

YouTubeで”過冷却”と検索すると中高生が実験したような色々な動画が出てくるので、ご覧になると面白いと思います。