物質の凝集の5つの状態 - 化学 - 2025

物質の凝集の状態は、それを構成する分子が示す密度に応じて、それがさまざまな状態で存在できるという事実に関連しています。物理学は、宇宙の物質とエネルギーの性質と性質を研究する責任がある科学です。

物質の概念は、既存のすべての物理的構造を形成する宇宙（原子、分子、イオン）を構成するすべてのものとして定義されます。従来の科学的調査では、物質の凝集状態を、固体、液体、または気体の3つの既知の状態に代表されるものと見なしていました。

ただし、最近決定されたフェーズがさらに2つあり、それらをそのように分類して3つの元の状態（いわゆるプラズマ、およびボーズアインシュタイン凝縮）に追加することができます。

これらは、従来のものよりもまれな物質の形態を表していますが、適切な条件下で固有の特性を示し、凝集の状態として分類されるのに十分なほどユニークです。

物質の状態の集計

固体

金属は固体です

固体の状態で物質について話すとき、それを構成する分子がコンパクトな方法で結合され、それらの間に非常に小さなスペースを許可し、その構造に厳密な特性を提供するものとして定義できます。

したがって、この凝集状態の材料は、自由に（液体のように）流動したり、体積（気体のように）に膨張したりすることはなく、さまざまな用途で非圧縮性物質と見なされます。

加えて、それらは、アモルファス構造などの規則的かつ規則的な方法で、または無秩序で不規則な方法で組織化された結晶構造を有することができる。

この意味で、固体は構造的に必ずしも均一ではなく、化学的に不均一なものを見つけることができます。それらは、溶融プロセスで直接液体状態に移行する能力と、昇華により気体状態に移行する能力を持っています。

固体のタイプ

固体材料は、いくつかの分類に分類されます。

金属：強くて密度の高い固体で、通常は電気（自由電子による）と熱（熱伝導率による）の優れた導体でもあります。それらは元素の周期表の多くを構成し、別の金属または非金属と結合して合金を形成することができます。問題の金属に応じて、それらは自然に見つかるか、人工的に生成されます。

ミネラル

それらは、高圧で発生する地質学的プロセスを通じて自然に形成された固体です。

鉱物は、均一な特性を持つ結晶構造によってこのように分類されており、議論されている材料とその起源に応じて、種類が大きく異なります。このタイプの固体は、地球全体に非常によく見られます。

セラミックス

それらは、通常は熱を加えることによって無機および非金属物質から作成され、結晶構造または半結晶構造を持つ固体です。

このタイプの材料の特徴は、高温、衝撃、および力を放散できることです。これにより、航空、電子、さらには軍事分野の高度な技術の優れたコンポーネントになります。

有機固形物

それらは主に炭素と水素の元素で構成されている固体であり、それらの構造には窒素、酸素、リン、硫黄、またはハロゲン分子が含まれている場合もあります。

これらの物質は大きく異なり、天然および人工のポリマーから炭化水素に由来するパラフィンワックスまでさまざまな材料があります。

複合材料

それらは、2つ以上の固体を結合し、各コンポーネントの特性を持つ新しい物質を作成することによって開発された比較的近代的な材料であり、元の材料より優れた材料としてその特性を利用しています。これらの例には、鉄筋コンクリートや複合木材が含まれます。

半導体

それらは、それらを金属導体と非金属インダクタの間に配置する抵抗率と電気伝導率にちなんで名付けられました。それらは現代の電子工学の分野で、そして太陽エネルギーを蓄積するために頻繁に使用されます。

ナノ材料

それらは微視的な寸法の固体です。つまり、それらはより大きなバージョンとは異なる特性を持っています。彼らは、エネルギー貯蔵の分野など、科学技術の専門分野での用途を見出しています。

生体材料

それらは、何百万年もの進化を通じて与えられた起源のために、他のすべての固体とは異なり、複雑でユニークな特性を持つ天然および生物学的材料です。それらは異なる有機元素で構成されており、それらが持つ固有の特性に従って形成および再形成することができます。

液体

液体は、ほとんど圧縮できない状態にある物質と呼ばれ、それが置かれているコンテナの体積を占めます。

固体とは異なり、液体はその表面に自由に流れますが、気体のように体積的には膨張しません。このため、それらは実質的に一定の密度を維持します。彼らはまた、表面張力のために彼らが触れる表面を濡らしたり湿らせたりする能力を持っています。

液体は粘度として知られている特性によって支配され、せん断または移動による変形に対する抵抗を測定します。

粘度と変形に関する挙動に基づいて、液体はニュートン流体と非ニュートン流体に分類できますが、これについてはこの記事では詳しく説明しません。

通常の状態でこの凝集状態にあるのは2つの元素のみであることに注意してください。臭素と水銀、およびセシウム、ガリウム、フランシウムとルビジウムも、適切な条件下で容易に液体状態に到達できます。

それらは、固化プロセスによって固体状態にされるだけでなく、沸騰によってガスに変換されます。

液体の種類

それらの構造によれば、液体は5つのタイプに分けられます：

溶剤

構造に1種類の分子しか含まない一般的な液体と一般的でない液体のすべてを表すと、溶媒は固体物質やその他の液体を内部に溶解し、新しいタイプの液体を形成する物質です。

ソリューション

それらは、溶質と溶媒の結合によって形成された均一な混合物の形の液体であり、溶質は固体または別の液体であることができる。

エマルション

それらは、2つの通常は非混和性の液体を混合することによって形成された液体として表されます。それらは小球の形で別の中に懸濁した液体として観察され、その構造に応じてW / O（油中水）またはO / W（水中油）の形で見つけることができます。

サスペンション

懸濁液は、溶媒中に懸濁した固体粒子が存在する液体です。それらは自然界で形成されますが、製薬分野で最も一般的に見られます。

エアゾールスプレー

それらは、気体が液体を通過するときに形成され、最初の液体が2番目の液体に分散されます。これらの物質は、気体の分子を持つ性質の液体であり、温度の上昇とともに分離することができます。

ガス

ガスは圧縮可能な物質の状態であると見なされます。分子は大幅に分離および分散され、分子が膨張して、分子が含まれているコンテナの体積を占めます。

また、自然に気体状態で見られ、他の物質と結合して気体混合物を形成するいくつかの元素があります。

ガスは、凝縮プロセスによって直接液体に変換され、まれな堆積プロセスによって固体に変換されます。さらに、それらを非常に高い温度に加熱したり、強力な電磁場を通過させてイオン化し、プラズマに変えることができます。

複雑な性質と環境条件による不安定さを考慮すると、ガスの特性は、ガスが見つかる圧力と温度によって変化する可能性があるため、「理想的」であると仮定してガスを扱う場合があります。

ガスの種類

ガスの構造と起源に応じて、ガスには次の3つのタイプがあります。

エレメンタルナチュラルズ

それらは、自然界および通常の条件下で気体状態で発見され、惑星地球および他の惑星で観測されるすべての要素として定義されます。

この場合、塩素、フッ素のほか、酸素、水素、窒素、希ガスなどが挙げられる。

天然化合物

それらは、生物学的プロセスによって自然に形成されるガスであり、2つ以上の要素でできています。それらは通常、水素、酸素、窒素で構成されていますが、希ガスで形成されることも非常にまれです。

人工的な

それらは人間が持っているニーズを満たすために作られた天然化合物から人間が作り出したそれらのガスです。クロロフルオロカーボン、麻酔剤、滅菌剤などの特定の人工ガスは、以前考えられていたよりも毒性または汚染が大きいため、それらの大量使用を制限する規制があります。

プラズマ

この物質の凝集の状態は1920年代に初めて記述され、地表には存在しないことを特徴としています。

これは、中性ガスがかなり強い電磁場にさらされ、電気に対する伝導性が高く、他の既存の凝集状態とは十分に異なるイオン化ガスのクラスを形成する場合にのみ現れ、状態としての分類に値します。 。

この状態の物質は、脱イオン化して再びガスにすることができますが、極端な条件を必要とする複雑なプロセスです。

プラズマは宇宙で最も豊富な物質の状態を表すと仮定されています。これらの議論は、宇宙での重力現象を説明するために量子物理学者によって提案された、いわゆる「暗黒物質」の存在に基づいています。

プラズマの種類

血漿には3つのタイプがあり、それらはその起源によってのみ分類されます。これは同じ分類内でも起こります。プラズマは互いに非常に異なり、1つを知っているだけではすべてを知ることができないためです。

人工的な

スクリーン、蛍光灯、ネオンサイン、ロケット推進薬などの人工プラズマです。

土地

地球によって何らかの方法で形成されるのはプラズマであり、主に大気または他の同様の環境で発生し、表面では発生しないことを明らかにしています。これには、稲妻、極風、電離層、および磁気圏が含まれます。

スペース

空間で観測されるプラズマは、数メートルから光年の巨大な拡張まで、さまざまなサイズの構造を形成します。

このプラズマは、星（私たちの太陽を含む）、太陽風、星間星間星雲に加えて、星間および銀河間媒質で観測されます。

ボーズ・アインシュタイン凝縮

ボーズアインシュタイン凝縮は比較的最近の概念です。1924年に物理学者のアルバート・アインシュタインとサティエンドラ・ナス・ボースがその存在を一般的な方法で予測したときにその起源を持っています。

この物質の状態は、ボソンの希釈ガスとして記述されています-エネルギーキャリアであることに関連する素粒子または複合粒子-絶対零度（-273.15 K）に非常に近い温度に冷却されています。

これらの条件下では、凝縮物の構成要素ボソンが最小量子状態に移行し、通常のガスからそれらを分離する独特で特定の微視的現象の特性を示します。

BE凝縮体の分子は超伝導特性を示します。つまり、電気抵抗がありません。また、超流動特性を示すことができるため、物質の粘度がゼロになり、摩擦によって運動エネルギーを失うことなく流れることができます。

この状態の物質の不安定性と短い存在のため、これらのタイプの化合物の可能な用途はまだ研究されています。

これが、光の速度を遅くしようとする研究で使用されていることに加えて、このタイプの物質については多くの用途が達成されていない理由です。しかし、それが将来の多くの役割で人類を助ける可能性があるという指摘があります。

参考文献

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