状態変化材料が受ける物理的変化は、熱力学的現象を可逆場所または位相です。物質と周囲との間で熱伝達が発生するため、熱力学であると言われています。または同じことですが、粒子の再配列を引き起こす物質とエネルギーの相互作用があります。
状態の変化を受ける粒子は、その前後で同じままです。圧力と温度は、それらが1つのフェーズまたは別のフェーズにどのように適応されるかについての重要な変数です。状態の変化が発生すると、2つの異なる物理的状態の同じ物質で構成される二相系が形成されます。
状態変化。出典：GabrielBolívar
上の画像は、通常の状態で問題となる主な状態変化を示しています。
青みを帯びた物質の固体の立方体は、周囲の温度と圧力に応じて液体または気体に変わります。それ自体が単相、つまり固体を表します。しかし、溶ける瞬間、つまり溶けるとき、融合と呼ばれる固液平衡が確立されます（青の立方体と液滴の間の赤い矢印）。
融合が起こるには、立方体が周囲から熱を吸収して温度を上げる必要があります。したがって、これは吸熱プロセスです。キューブが完全に溶けると、液体状態の単相に戻ります。
この青みがかった水滴は熱を吸収し続ける可能性があり、その温度が上昇し、結果として気泡が形成されます。この場合も、2つのフェーズがあります。1つは液体、もう1つはガスです。液体のすべてがその沸点を通じて蒸発すると、その液体は沸騰または蒸発したと言われます。
青みがかった水滴が雲になりました。これまでのところ、すべてのプロセスは吸熱性でした。青みがかったガスは、熱くなるまで熱を吸収し続けます。ただし、地上の状態では、温度が下がって凝縮して液体に戻る傾向があります（結露）。
一方、雲は固相上に直接堆積し、再び固体の立方体（堆積）を形成することもあります。これらの最後の2つのプロセスは発熱性です（青い矢印）。つまり、環境や周囲に熱を放出します。
結露と沈着に加えて、青みがかった液滴が低温で凝固すると、状態が変化します（凝固）。
状態変化の種類とその特徴
画像は、物質の3つの（最も一般的な）状態（固体、液体、気体）の典型的な変化を示しています。赤い矢印を伴う変化は吸熱であり、熱の吸収を伴います。青い矢印が付いているものは発熱性ですが、熱を放出します。
これらの変更のそれぞれについて簡単に説明し、分子的および熱力学的推論からのそれらの特性のいくつかを強調します。
-フュージョン
融合とは、物質の状態が固体から液体に変化することです。
固体状態では、粒子（イオン、分子、クラスターなど）は「囚人」であり、自由に移動できずに空間の固定位置に配置されます。しかし、それらは異なる周波数で振動することができ、それらが非常に強い場合、分子間力によって課される厳密な秩序が「バラバラに」始まります。
その結果、2つのフェーズが得られます。1つは粒子が閉じ込められたままの状態（固体）、もう1つは粒子がより自由になっている状態（液体）であり、粒子同士を隔てる距離を増やすのに十分です。これを達成するには、固体が熱を吸収する必要があるため、その粒子はより大きな力で振動します。
このため、融合は吸熱性であり、それが始まると、固液相の間で平衡が生じると言われています。
この変化をもたらすために必要な熱は、熱または融解のモルエンタルピー（ΔHFus）と呼ばれます。これは、固体の物質のモルが溶解するために吸収しなければならず、単にその温度を上げるのではなく、熱量（エネルギー、主にkJの単位）を表します。
雪だるま
手で雪を溶かす。出典：Pixabay
これを念頭に置くと、雪玉が手に溶ける理由がわかります（上の画像）。雪は体温を吸収します。これは、雪の温度を0°C以上に上げるのに十分です。
雪の中の氷の結晶は、溶けるのに十分なだけの熱を吸収し、水分子がより複雑な構造をとるようにします。雪が溶けている間、手からのすべての熱が雪によって溶けて完全になるため、形成された水は温度を上げません。
-気化
気化とは、物質の状態が液体から気体に変化することです。
水の例を続けると、鍋に一握りの雪を入れて火をつけると、雪がすぐに溶けることがわかります。水が熱くなると、二酸化炭素と他の考えられるガス状不純物の小さな泡がその内部に形成され始めます。
沸騰したお湯。出典：Pixabay
熱は水の無秩序な構成を分子的に拡大し、その体積を拡大し、その蒸気圧を増加させます。したがって、蒸発の増加の結果として表面から脱出するいくつかの分子があります。
液体の水は、比熱が高いため（4.184J /°C∙g）、ゆっくりと温度が上昇します。それが吸収する熱がその温度を上げるためにもはや使用されず、気液平衡を開始するためにポイントが来ます。つまり、それは沸騰し始め、すべての液体は熱を吸収して温度を一定に保ちながら気体状態になります。
これは、沸騰した水の表面に激しい泡立ちが見られる場所です（上の画像）。液体の水は、その初期の蒸気圧は気泡ように吸収する熱が外部の圧力が蒸発熱（ΔHと呼ばれる等しいバップ）。
圧力の役割
圧力も状態の変化を決定する要因です。気化への影響は何ですか？圧力が高いほど、沸騰するために水が吸収しなければならない熱が大きくなるため、100°Cを超えると蒸発します。
これは、圧力の上昇により、水分子が液体から気相に逃げることが困難になるためです。
圧力鍋はこの事実を利用して、水中の食品を沸点以上の温度に加熱します。
一方、真空または圧力の低下があるため、液体の水は沸騰して気相になるために、より低い温度を必要とします。高圧または低圧の場合、水が沸騰すると、状態の変化を完了するためにそれぞれの気化熱を吸収する必要があります。
-結露
凝縮とは、物質が気体状態から液体状態に変化することです。
水が蒸発しました。次は何ですか？水蒸気は依然として温度が上昇し、重度の火傷を引き起こす可能性のある危険な電流になります。
しかし、代わりにそれが冷えると仮定しましょう。どうやって？環境に熱を放出し、熱を放出することは、発生する発熱過程であると言われています。
熱を放出することにより、非常にエネルギーのある気体の水分子が減速し始めます。また、蒸気の温度が低下するにつれて、それらの相互作用がより効果的になります。最初に、水滴が形成され、蒸気から凝縮され、その後、重力に引き寄せられる大きな液滴が続きます。
完全に蒸気の一定量を凝縮するためには、符号が反対で、ΔHで、同じエネルギーを解放する必要がありますバップ。つまり、その凝縮エンタルピーΔHCondです。したがって、逆気液平衡が確立されます。
湿った窓
結露。出典：Pexels
家の窓から結露が見られます。寒い気候では、家の中にある水蒸気が窓にぶつかりますが、窓の材質が他の表面よりも温度が低くなっています。
そこでは、蒸気分子が凝集しやすく、手で簡単に除去できる薄い白っぽい層が作成されます。これらの分子が熱を放出すると（ガラスと空気を加熱し）、最初の液滴が凝縮するまで、それらはより多くのクラスターを形成し始めます（上の画像）。
滴が非常に大きくなると、窓を滑り落ちて水の跡が残ります。
-凝固
固化は、液体状態から固体状態への物質の状態の変化です。
凝固は冷却の結果として起こります。つまり、水が凍ってしまいます。氷が溶けるには、水が氷と同じ量の熱を放出する必要があります。再び、この熱は、凝固又は冷凍のエンタルピー、ΔHと呼ばれるコング（-ΔH Fuを）。
水分子が冷えると、エネルギーが失われ、分子間の相互作用が強くなり、方向性が高くなります。その結果、それらは水素結合のおかげで配置され、いわゆる氷の結晶を形成します。氷の結晶が成長するメカニズムは、透明または白の外観に影響を与えます。
氷の彫刻。出典：Pixabay
氷の結晶が非常にゆっくりと成長する場合、低温で水に溶解するガスなどの不純物を閉塞しません。したがって、泡は逃げて、光と相互作用することができません。その結果、あなたは並外れた氷の像と同じくらい透明な氷を持っています（上の画像）。
氷でも同じことが起こりますが、それは冷却によって固化する他の物質でも起こります。おそらくこれは、複数の多形体が得られるため、地球条件における最も複雑な物理的変化です。
-昇華
昇華とは、固体から気体への物質の状態の変化です。
水は昇華できますか？いいえ、少なくとも通常の状態ではありません（T = 25°C、P = 1 atm）。昇華、つまり固体から気体への状態変化が発生するには、固体の蒸気圧が高くなければなりません。
同様に、好ましくはそれらが分散力のみからなる場合、それらの分子間力があまり強くないことが重要です。
最も象徴的な例は固体ヨウ素です。それは高い蒸気圧を示す灰色がかった紫の色相を持つ結晶性固体です。そのような場合、その行為で紫色の蒸気が放出され、その体積と膨張が加熱にさらされると顕著になる。
ヨウ素の昇華。出典：Wikimedia CommonsのBelkina NV
上の画像は、ガラス容器で固体のヨウ素を蒸発させる典型的な実験を示しています。紫色の蒸気がどのように拡散するかを観察することは興味深いし、印象的であり、初心者は液体ヨウ素がないことを確認できます。
これが昇華の主な特徴です。液相は存在しません。同様に、固体は熱を吸収し、外部圧力と等しくなるまで蒸気圧を増加させるため、吸熱性です。
-堆積
ヨウ素結晶の堆積。出典：Stanislav.nevyhosteny、Wikimedia Commons
堆積とは、物質の状態が気体状態から固体状態に変化することです。
ヨウ素昇華実験と並行して、その沈着の実験があります。堆積は反対の変化または遷移です。物質は、液相を形成することなく、気体状態から固体に移行します。
紫色のヨウ素蒸気が冷たい表面と接触すると、熱を放出して暖め、エネルギーを失い、その分子を灰色がかった紫の固体に再グループ化します（上の画像）。その後、それは発熱過程です。
堆積は、高度な技術によって金属原子がドープされている材料の合成に広く使用されています。表面が非常に冷たい場合、表面と蒸気粒子の間の熱交換が急激になり、それぞれの液相の通過が省略されます。
堆積（及びない堆積）の熱またはエンタルピーは昇華（ΔHとのその逆であるサブ - ΔH= 発）。理論的には、多くの物質が昇華する可能性がありますが、これを達成するには、PとTのグラフを手元に置くことに加えて、圧力と温度を操作する必要があります。その中で、可能な遠い段階を視覚化することができます。
その他のステータス変更
それらについては言及されていませんが、他の問題の状態があります。時々、彼らは「それぞれの少し」を持っていること、それゆえそれらの組み合わせであることを特徴としています。それらを生成するには、圧力と温度を非常に正（大）または負（小）の大きさに操作する必要があります。
したがって、たとえば、ガスが過剰に加熱されると、ガスは電子を失い、その負の潮汐の中で正に帯電した核がプラズマとして知られるものを構成します。導電性が高いため「電気ガス」の代名詞です。
一方、温度が低くなりすぎると、物質が予期しない動作をする可能性があります。つまり、絶対ゼロ（0 K）付近で固有の特性を示します。
これらの特性の1つは、超流動性と超伝導性です。すべての原子が1つとして動作するボーズアインシュタイン凝縮の形成と同様に。
一部の研究では、フォトニックな問題を指摘しています。それらの中で、電磁放射の粒子、光子、が一緒にグループ化してフォトニック分子を形成します。つまり、理論的には光の塊に質量を与えることになります。
参考文献
- ヘルメンスティン、アンマリー、Ph.D。（2018年11月19日）。物質の状態間の相変化のリスト。から回復：thoughtco.com
- ウィキペディア。（2019）。物質の状態。から回復：en.wikipedia.org
- ドーリングキンダースリー。（2007）。状態の変化。回収元：factmonster.com
- マイヤーズアミ。（2019）。相変化：蒸発、凝縮、凍結、融解、昇華、堆積。調査。回収元：study.com
- Bagley M.（2016年4月11日）。問題：定義と問題の5つの状態。回収元：livescience.com
- ウィッテン、デイビス、ペック、スタンレー。 （2008）。化学。 （第8版）。 CENGAGEラーニング。