物質の状態で何が起こるのか、ある集合状態から別の集合状態にどのように変化するのか、そしてそれらの一般的な特徴は何なのかを説明します。
物質の状態とは何ですか?
物質の状態、または物質の集合状態は、粒子間に存在する結合力に応じて、存在するさまざまな物質が発生するさまざまな相です。それらは、固体状態、液体状態、気体状態、プラズマ状態です。
(実験室で作られた)凝縮状態と超固体状態もありますが、後者は自然界には決して存在しません。
それぞれの状態には独自の物理的特性があり、化学的特性、つまりそれが同じ物質であるか別の物質であるかを決定するものは変化しません。
温度や圧力を変化させて同じ物質をその自然抵抗に従って固体、液体、または気体の状態に変換する一連のプロセスを通じて、物質をある凝集状態から別の状態に移すことができます。
参照:混合物の分離
固体状態
固体状態の物質は、それ自身の一定の体積と形状を持つ、明確に定義された物体を示します。これは、固体物質の粒子が堅くて狭い構造を形成し、それらに加えられる外力に抵抗するためです。
それらは多かれ少なかれ断片化に対して耐性があり、流動性がほとんどまたはまったくありません。それらは高い凝集力と「形状記憶」、つまり力が加わったときに元の形状を弾性的に回復する傾向があります。
固体状態の物質の良い例は氷です。その化学組成は依然としてH 2 O (水) ですが固体状態であるためです。
液体状態
物質の液体状態は、固体で発生するものよりも原子間の結合がはるかに緩いことが特徴です。これにより、その主な特徴の 1 つである流動性が得られます。液体物質はそれ自体の形状を持たず、それが入っている容器の形状をとります。
固体より凝集力は低いですが、圧縮性が高く、冷却すると膨張する水などの少数の化合物を除いて、通常、冷気の存在下で収縮します。
液体状態の典型的な例は、地球上で最も豊富に存在する液体である水 (H 2 O) です。
気体状態
物質が気体の状態にあるとき、それは「気体」と呼ばれます。その粒子はゆるく結合し、周囲の空間全体に広がり、粒子間には非常にわずかな引力があります。そのため、明確な形状や体積がありません。
この状態では、物質の粒子は相対的に無秩序であり、空間内を非常に速く移動するため、物質の密度は非常に低くなります。そして重力に対する反応が低いため、浮遊することができます。さらに、凝集力はほとんどなく、体積は変化しませんが、圧縮能力は非常に優れています。
水蒸気は、化学的には同じ (H 2 O) ですが気体状態のままであるため、気体状態の明確な例です。
ステータスの変化
- フュージョン。これは、通常、温度の上昇 (熱の追加) によって、固体が液体状態になるプロセスです。これは、追加のエネルギーによって粒子の流動性が高まり、粒子に固体性を与える緊密な構造から粒子が分離されるためです。
- 蒸発。これは、熱を加えることによって、液体物質をゆっくりと徐々に気体物質に変換するプロセスです。この追加のエネルギーにより、緩く結合した粒子がさらに分離され、粒子が気体状態になって上昇することが可能になります (空気よりも密度が低いため)。
- 沸騰中。液体の温度が沸点（液体の蒸気圧が液体の周囲の圧力と等しくなる温度）を超えると、液体が蒸気に変化する過程です。蒸発と沸騰には違いがあります。蒸発はどの温度でも起こります。液体の温度を上げるだけで、ゆっくりと気相になります。一方、沸騰は、液体の温度が沸点を超えると必ず発生します。
- 昇華。固体物質を液体状態を経ずに直接気体に変えるプロセスです。山の高さにある氷や雪のように、通常は非常に特殊な圧力条件が必要です。氷や雪は、その温度が低いために溶けて液体にならず、直接蒸気に変わる可能性があります。
- 固化。これは、核融合の逆プロセスの 1 つ、つまり、液体物質を固体に変換するプロセスです。これは通常、液体の圧力を高める、つまり圧縮することによって実行されます。これにより、粒子の動きが遅くなり、粒子がより強力に引き合うことが可能になります。
- 凍結。液体の温度を凝固点（熱エネルギーの抽出により液体が凍る温度）以下に下げることによって固体に変化するプロセスです。
- 凝縮と液状化。これらは、気体状態の物質が液体状態になる 2 つの類似したプロセスです。 2 つの違いは、1 つ目の結露は、早朝に窓に形成される露の場合のように、ガスがより冷たい表面と接触することによって発生することです。ただし、2 番目のケースでは、ドラム内で圧縮される調理に使用されるガスの場合と同様に、変更される要因は圧力です。
- 堆積。逆昇華とも呼ばれ、最初に液体を通過せずに、物質を気体状態から固体状態に直接移行させるプロセスです。これは昇華とは逆のプロセスであり、通常は特定の圧力と温度条件下で発生し、容器内に分散したガスから物質の結晶が形成されます。
続きは水循環
参考文献
- の「物質の集合状態」。