物質の状態

化学の魅力的な分野において、「物質の状態」という概念は基本です。物質の状態を理解することは、物質がどのように相互作用し、変化し、存在するかの基礎を形成するため、重要です。一般的に物質とは質量を持ち、空間を占めるすべてのものです。すべての物質は原子で構成されており、条件に応じて異なる形態または「状態」で存在することができます。

状態の種類

物質には3つの主要な状態があります: 固体、液体、気体。科学者たちはプラズマやボース＝アインシュタイン凝縮体のような他の物質の状態も特定していますが、簡単のため、この探求では主に3つの伝統的な状態に焦点を当てます。

固体

固体はその形と体積が明確であることが特徴です。固体の中の粒子は互いに隣接しており、多くの場合規則的なパターンをなしています。粒子は振動しますが、その位置から移動しないため、固体の形と体積が明確になります。これは単純な立方体の構造で表すことができます:

例えば、立方体を考えてみてください。固体の原子は構造的なパターンで配置されており、力が加えられたり変形されたりしない限り、形を維持することができます。

固体の例としては氷、木、鉄、プラスチックがあります。これらの物質は切断や融解といった外部から力が加わらない限り、その形と体積を保持します。

液体

液体には一定の体積がありますが、容器の形に従います。液体の中の粒子は依然として互いに近いですが、固定された位置にはありません。それにより、液体は形を変えることができますが、体積は変えません。グラスの中の水の例をご覧ください:

この例では、水はガラスの形に従うため、その形に適応する性質と一定の体積を維持する性質を示しています。

液体の一般的な例としては、水、油、アルコールがあります。これらは容器を移し替えることができ、その表面は保持している容器の形に適応します。

気体

気体には明確な形も体積もありません。代わりに、気体は容器をいっぱいに広がります。これは粒子間の大きなスペースのためで、これらの粒子は固体や液体の粒子よりも速く動き、より離れています。以下の例で示されます:

ここでは、ガスの分子が容器内に分散しており、ガスが利用可能な空間を満たすという典型的な挙動を示しています。

一般的な例としては、空気、ヘリウム、二酸化炭素があります。粒子間のスペースが大いため、簡単に圧縮することができます。

プラズマ

プラズマはイオン化されたガスで、原子または分子から電子を放出し、イオンと電子の両方の種が共存するのに十分なエネルギーを提供します。物質の第4の状態と考えられるプラズマは、他の状態ほど日常的に遭遇することはないですが、宇宙で最も豊富な物質の状態です:

例としては、稲妻、星、ネオンサインがあります。プラズマでは、エネルギーが電子と原子核の間の結合を破るのに十分であり、結果として電荷を帯びた粒子のスープになります。

地球上でプラズマを見る機会は少ないですが、電気アーク溶接、蛍光灯、プラズマテレビなど多くの応用があります。

状態変化

物質はある状態から別の状態に変化できます。これらの変化は「相転移」として知られ、通常、温度や圧力の変化から生じます。

融解と凍結

融解は、固体が加熱されて液体に変わるときに発生します。対照的に凍結は、液体が固体になるときに発生します。例として、氷が加熱されると水になります:

H2O (固体 → 液体)

逆のプロセスが発生する場合、熱の除去により水が氷になります: H2O (液体 → 固体)。

蒸発と凝縮

蒸発は、液体が気体に変わるときです。これには、プロセスがゆっくり進行する蒸発と、急速に進行する沸騰があります。対照的に凝縮は、気体が液体になるときです。例としては、沸騰した水の蒸気が冷たい表面上で水滴に戻ることです:

H2O (液体 → 気体) - 蒸発
H2O (気体 → 液体) - 凝縮

昇華と析出

昇華は、固体が液体状態を経ずに直接気体に変わるプロセスです。ドライアイス（固体二酸化炭素）は、室温で昇華します:

CO2 (固体 → 気体)

析出はその逆で、気体が液体にならずに固体になることです。水蒸気から霜ができることが析出の例です。