フュージョン：構成、例、実験 - 化学 - 2025

融合は、温度範囲における物質の固体から液体への状態の変化です。物質の純度が高い場合、その範囲は特定の温度、つまり融点に対応します。そして、ある程度の不純物がある場合、融点は範囲（例：120〜122℃）で表されます。

これは、自然界で最も一般的な物理プロセスの1つです。固体は熱を吸収し、最初の液滴が形成され始めるまで温度を上げます。その後、他の液滴は最初の液滴に続き、すべての固体が溶けない限り、その温度は一定のままです。

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どうして？なぜなら、後者を加熱する代わりに、すべての熱が消費されて液体が増えるからです。したがって、固体と液体は同じ温度を持ち、平衡状態で共存します。熱供給が一定の場合、平衡は最終的に液体の完全な形成にシフトします。

このため、春に氷の鍾乳石が溶け始めると、いったん状態の変化が始まると、それが液体の水に変わるまでは終わりません。上の画像では、氷の結晶でさえ、ハンギングドロップの中に浮いていることがわかります。

未知の物質の融点を特定することは、それを特定するための優れたテストです（不純物が多く含まれていない限り）。

また、固体を構成する分子間の相互作用がどれほど強いかを明らかにします。高温で溶けるほど、分子間力が強くなります。

合併とは？

融合は、固体から液体への状態の変化で構成されます。液体中の分子または原子は、高速で移動、振動、回転するため、平均エネルギーが高くなります。結果として、これにより分子間空間が増加し、したがって体積が増加します（ただし、これは水には当てはまりません）。

固体の場合と同様に、分子はよりコンパクトな配置になっているため、動きの自由度に欠け、平均エネルギーが低くなっています。固液転移が発生するためには、固体の分子または原子が熱を吸収することにより高速で振動する必要があります。

振動すると、一連の分子が分離し、一緒になって最初の滴を形成します。したがって、溶融は、熱の影響によって引き起こされる固体の溶融にすぎません。温度が高いほど、固体は早く溶解します。

特に、融合は固体内にトンネルと細孔の形成につながる可能性があります。これは、子供たちのための専用の実験を通して実証することができます。

固体混合物とエマルジョンの溶融物

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そのアイスクリーム

溶融とは、物質または混合物の熱溶融を指します。ただし、この用語は、固体として厳密に分類されていない他の物質の溶融を指すためにも使用されています：エマルジョン。

理想的な例はアイスクリームです。それらは、空気と脂肪（牛乳、クリーム、ココア、バターなど）を含む、冷凍水の（一部は結晶化した）乳濁液です。

氷が融点を超えると、アイスクリームが溶けたり溶けたりして、空気が抜け始め、液体が残りの成分を引きずってしまいます。

アイスクリームの化学は非常に複雑であり、フュージョンの定義を検討する際の興味と好奇心を表しています。

甘くて塩辛い氷

他の固体混合物に関しては、分析目的のために融点を適切に話すことはできません。つまり、1つ以上の物質を識別するための決定的な基準ではありません。混合物では、1つの成分が溶けると、他の成分が液相に溶解します。これは、メルトダウンと対角線上にあります。

たとえば、氷が溶け始めるとすぐに、固体の氷砂糖塩の混合物は完全に溶けます。砂糖と塩は水に非常に溶けやすいので、溶けますが、砂糖と塩が溶けているわけではありません。

例

台所に

フュージョンのいくつかの一般的な例は、キッチン内にあります。バター、チョコレート、チューインガム、その他のスイーツは、太陽から直接熱を受けるか、高温の空間に閉じ込められていると溶けます。マシュマロのようないくつかのキャンディーは、味を最高に楽しむために意図的に溶かされています。

多くのレシピでは、1つ以上の材料を追加する前にまず溶かす必要があると述べています。チーズ、脂肪、蜂蜜（非常に粘稠）もこれらの成分の1つです。

装飾で

特定の空間やオブジェクトを装飾するために、異なるデザインの金属、ガラス、セラミックが使用されます。これらの装飾品は、建物のテラス、壁のガラスやモザイク、または宝石店内で販売されているアイテムで見ることができます。

すべてが非常に高温で溶ける材料で構成されているため、それらを機能させて目的の形状にするためには、まず溶けるか軟化させる必要があります。

ここで、鍛冶屋が武器、道具、その他の物体の製造で行うように、白熱鉄が機能します。同様に、溶融により、2つ以上の金属を異なる質量比率で溶接することで合金を得ることができます。

溶融ガラスから、馬、白鳥、男性と女性、旅行のお土産などの装飾的な人物を作成できます。

本来は

自然の中での融解の主な例は、氷山の融解で見ることができます。溶岩では、火山内部の激しい熱によって溶けた岩の混合物。そして惑星の地殻では、液体金属、特に鉄の存在が支配的です。

最も一般的な物質の融点

それぞれの融点を持つ一連の一般的な物質を以下に示します。

-氷、0ºC

-パラフィン、65.6ºC

-チョコレート、15.6〜36.1℃（低温または高温で溶けるチョコレートがあるため、これは温度範囲であることに注意してください）

-パルミチン酸、63ºC

-寒天、85ºC

-リン、44ºC

-アルミニウム、658℃

-カルシウム、851ºC

-ゴールド、1083℃

-銅、1083℃

-鉄、1530℃

–水銀、-39ºC（室温で液体）

-メタンガス、-182ºC

-エタノール、-117ºC

-グラファイトカーボン、4073℃

-ダイヤモンド炭、4096ºC

見て分かるように、一般に金属は、その金属結合により、最高の融点を持っています。しかし、炭素は共有結合があるにもかかわらず、それらを超えていますが、非常に安定した分子配列を持っています。

メタンガスやエタノールなどの小さな無極性分子は、室温で固体を維持するほど強く相互作用しません。

残りから、固体内の分子間相互作用の強さは、その融点を測定することによって推測できます。焼け付くような温度に耐える固体は、非常に安定した構造でなければなりません。

一般に、非極性共有結合固体は、極性、イオン、および金属の共有結合固体よりも融点が低くなります。

子供と青年のための融合を説明する実験

カラフルなアイスドーム

これはおそらく、子供への融合を説明するための最も芸術的で簡単な実験の1つです。必要なもの：

-一部のプレート。水がプレート内で凍結すると、ドームを形成します。

-大規模なトレイで、氷が溶けて表面が破壊されることを防ぐことができます

-塩（市場で最も安いかもしれません）

-野菜の着色、およびそれらを追加するスポイトまたはスプーン

アイスドームが得られ、トレイに置かれると、比較的少量の塩がそれらの表面に追加されます。塩と氷が接触するだけで、トレイが濡れる水の川が発生します。

これは、氷は塩との親和性が高く、氷よりも融点の低い溶液ができるためです。

次に、数滴の食品着色料をドームに追加します。色は、ドームのトンネルとそのすべての細孔に浸透します。これは、その融解の最初の結果です。結果は、氷の中に閉じ込められた色のカーニバルです。

最後に、着色剤がトレイ内の水に混ざり、小さな観客に別の視覚的な光景を与えます。

サーマルキャビネット

温度制御されたキャビネット内で、多くの物質を耐熱容器に入れることができます。この実験の目的は、各物質に独自の融点があることを10代の若者に示すことです。

選択できる物質は何ですか？論理的には、金属も塩も500ºCを超える温度で溶解するため、キャビネットに入ることができません（キャビネットは溶解します）。

したがって、物質のリストから、100℃を超えないものを選択できます。たとえば、水銀（キャビネットを-40℃未満に冷却できる場合）、氷、チョコレート、パラフィン、パルミチン酸などです。

ティーンエイジャー（そして子供も）は水銀が金属の黒い液体に変わるのを見るでしょう。そして、白氷、チョコレートバー、パルミチン酸、そして最後にパラフィンキャンドルが溶けます。

チョコレートよりも高温でパラフィンが溶ける理由を説明するには、その構造を分析する必要があります。

パラフィンとパルミチン酸の両方が有機化合物である場合、前者はより重い分子、またはより極性の高い分子（または同時に両方）で構成される必要があります。そのような観察の説明をすることは学生のための宿題として残されるかもしれません。

参考文献

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