【化学】昇華法とは?原理や仕組みをわかりやすく解説【高校化学・大学受験】

化学


高校化学で混合物の分離方法を学習すると、「ろ過」「蒸留」「再結晶」と並んで登場するのが「昇華法」です。

昇華法は出題頻度こそやや低めですが、共通テストや国公立大学、医学部入試では定番の知識問題として頻繁に出題されます。

しかし、

  • 昇華とは何か分からない
  • なぜ昇華法で分離できるのか理解できない
  • ヨウ素とナフタレンが覚えられない
  • 蒸発との違いが分からない

という受験生も少なくありません。

昇華法は物質の状態変化を利用した分離方法です。

この記事では、昇華法の原理や仕組み、代表例、大学入試で頻出のポイントまで詳しく解説します。


昇華法とは

昇華法とは、昇華する物質と昇華しない物質を分離する方法です。

混合物を加熱すると、

昇華する物質だけが気体になり、

冷却すると再び固体として回収できます。

この性質を利用して混合物を分離します。


昇華とは

昇華とは、

固体が液体にならずに直接気体になる現象

のことです。

通常、物質は

固体 → 液体 → 気体

の順に変化します。

しかし一部の物質は、

固体 → 気体

という変化を起こします。

これを昇華と呼びます。


昇華の例

私たちの身近にも昇華は存在しています。

ドライアイス

ドライアイスは固体の二酸化炭素です。

室温では液体にならず、

直接気体になります。

これが昇華です。


防虫剤

昔ながらの防虫剤に使われるナフタレンも昇華します。

時間が経つと少しずつ小さくなるのは昇華によるものです。


昇華法の原理

昇華法は、

昇華しやすさの違い

を利用しています。

例えば、

  • ヨウ素

の混合物があるとします。

加熱すると、

ヨウ素は昇華して気体になります。

一方、

砂は昇華しません。

その後、ヨウ素蒸気を冷却すると再び固体になります。

このようにして分離できます。


昇華法で分離できる物質

高校化学では次の物質が頻出です。

ヨウ素(I₂)

最も重要な昇華性物質です。

加熱すると紫色の蒸気になります。

大学入試でも頻出です。


ナフタレン

防虫剤の成分として有名です。

加熱すると昇華します。


安息香酸

有機化学で登場します。

再結晶と合わせて出題されることがあります。


昇華法で分離できない物質

昇華しない物質同士は昇華法で分離できません。

例えば、

  • 食塩

の混合物です。

どちらも昇華しないため、

昇華法は利用できません。


昇華法の実験

高校化学では次のような実験が行われます。

① 混合物を加熱する

昇華する物質が気体になります。


② 冷却面に触れさせる

気体を冷やします。


③ 固体として回収する

昇華した物質が結晶として付着します。


この操作によって純粋な物質を取り出せます。


ヨウ素の昇華実験

高校化学で最も有名な実験です。

ヨウ素を加熱すると、

紫色の蒸気が発生します。

その蒸気が冷却部分に触れると、

黒紫色の結晶になります。

この現象は大学入試でもよく出題されます。


昇華と蒸発の違い

受験生がよく混同するポイントです。

昇華

固体

気体


蒸発

液体

気体


例えば、

水たまりが乾くのは蒸発です。

ドライアイスが小さくなるのは昇華です。


昇華法と再結晶の違い

どちらも固体を精製する方法ですが原理が異なります。

昇華法

昇華する性質を利用する。


再結晶

溶解度の違いを利用する。


比較

項目昇華法再結晶
利用する性質昇華性溶解度
代表例ヨウ素ミョウバン
溶媒不要必要

入試ではこの比較も頻出です。


昇華法と蒸留の違い

こちらもよく出題されます。

昇華法

固体の分離


蒸留

液体の分離


利用する性質

昇華法

→昇華性

蒸留

→沸点の違い


大学入試でよく出る問題

昇華法の分野では次の内容が頻出です。

昇華とは何か

固体が直接気体になる現象。


ヨウ素はなぜ分離できるか

昇華するから。


ナフタレンはどの分離法か

昇華法。


ドライアイスの状態変化

昇華。


昇華法と再結晶の違い

利用する性質が異なる。


よくある間違い

昇華は液体を経由する

間違いです。

液体を経由しません。


ヨウ素は蒸発している

間違いです。

昇華しています。


食塩は昇華法で分離できる

間違いです。

食塩は通常の条件では昇華しません。


ドライアイスは溶けている

間違いです。

昇華しています。


医学部・難関大学入試で重要なポイント

医学部や難関大学では、

  • 昇華と蒸発の違い
  • ヨウ素の昇華
  • ナフタレンの昇華
  • 状態変化の名称
  • 分離法の選択問題

が頻出です。

特に、

なぜ昇華法で分離できるのか

を説明できるようにしておきましょう。


まとめ

昇華法とは、昇華する物質と昇華しない物質を分離する方法です。

昇華とは、

固体が液体を経由せず直接気体になる現象

を指します。

代表的な物質として、

  • ヨウ素
  • ナフタレン
  • 安息香酸

があります。

また大学入試では、

  • ヨウ素の昇華
  • ドライアイスの昇華
  • 昇華法と再結晶の違い
  • 昇華法と蒸留の違い

が頻出です。

昇華法は分離操作の中では比較的シンプルな内容ですが、状態変化や物質の性質を理解する上で非常に重要な単元です。入試で確実に得点できるよう、代表例と原理をしっかり押さえておきましょう。

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