物質の状態は何ですか。集約状態とは何ですか？物質の状態を集約します。固体および液体の物体

物質の凝集状態は、通常、その形状と体積を維持する能力と呼ばれます。追加の機能は、物質をある凝集状態から別の状態に移行する方法です。これに基づいて、凝集には、固体、液体、気体の3つの状態があります。それらの表示プロパティは次のとおりです。

ソリッド-形状とボリュームの両方を保持します。それは、溶融によって液体に移行することも、昇華によって直接気体に移行することもできます。
-液体-体積は保持しますが、形状は保持しません。つまり、流動性があります。こぼれた液体は、それが注がれる表面全体に無期限に広がる傾向があります。液体は、結晶化によって固体に移行し、蒸発によって気体に移行する可能性があります。
-ガス-形状も体積も保持しません。コンテナの外側のガスは、すべての方向に無期限に膨張する傾向があります。重力だけが彼がこれをするのを防ぐことができます、それのために地球の大気は宇宙に散逸しません。気体は凝縮によって液体に移行し、直接固体に移行して沈殿を通過することができます。

相転移

ある凝集状態から別の凝集状態への物質の転移は、相転移と呼ばれます。これは、科学的な凝集状態が物質の相であるためです。たとえば、水は固体（氷）、液体（通常の水）、気体（水蒸気）の中に存在する可能性があります。

水の例もよく示されています。凍りつくような風のない日に庭でぶらぶらして乾かすとすぐに凍りますが、しばらくすると乾いたことがわかります。氷が昇華し、直接水蒸気になります。

原則として、固体から液体および気体への相転移には加熱が必要ですが、この場合、媒体の温度は上昇しません。熱エネルギーは、物質の内部結合の切断に費やされます。これがいわゆる潜熱です。逆相転移（凝縮、結晶化）中に、この熱が放出されます。

そのため、蒸気による火傷は非常に危険です。皮膚に触れると結露します。水の蒸発/凝縮の潜熱は非常に高いです：この点で水は異常な物質です。それが地球上の生命が可能である理由です。蒸気火傷の場合、水の凝縮の潜熱は火傷した場所を非常に深く「熱傷」し、蒸気火傷の結果は体の同じ領域の炎からよりもはるかに深刻です。

疑似フェーズ

物質の液相の流動性はその粘度によって決定され、粘度は次のセクションで説明する内部結合の性質によって決定されます。液体の粘度は非常に高くなる可能性があり、液体は目に気付かれずに流れる可能性があります。

ガラスは典型的な例です。固体ではありませんが、非常に粘性のある液体です。倉庫内のガラス板は、壁に対して斜めに保管されることはありません。数日以内に、それらは自重で曲がり、使用できなくなります。

疑似ソリッドの他の例は、ブーツピッチと建設ビチューメンです。屋根の角のあるビチューメンを忘れると、夏の間、それはケーキに広がり、ベースに付着します。疑似固体は、溶融の性質によって実際の固体と区別できます。実際の固体は、すぐに広がるまで形状を保持するか（はんだ付け中にはんだ付け）、浮いて水たまりや小川（氷）を入れます。そして、非常に粘性のある液体は、同じピッチやビチューメンのように徐々に柔らかくなります。

プラスチックは非常に粘性の高い液体であり、何年も何十年も目立たないものです。それらの形状を保持するそれらの高い能力は、何千、何百万もの水素原子におけるポリマーの巨大な分子量によって提供されます。

物質の相構造

気相では、物質の分子または原子は互いに非常に離れており、それらの間の距離よりも何倍も大きくなっています。それらは、衝突時にのみ、時折不規則に相互作用します。相互作用自体は弾力性があります。それらは硬いボールのように衝突し、その後飛び去りました。

液体中では、化学結合が非常に弱いため、分子/原子は常に互いに「感じ」ます。これらの結合は常に切断され、すぐに再び復元されます。液体の分子は相互に連続して移動しているため、液体は流れます。しかし、それを気体に変えるには、すべての結合を一度に切断する必要があります。液体はその体積を保持しているため、これには多くのエネルギーが必要です。

この点で、水は液体中の分子がいわゆる水素結合によって結合されているという点で他の物質とは異なります。これは非常に強力です。したがって、水は通常の温度で液体になる可能性があります。分子量のある物質の多くは、水の数十倍から数百倍もあり、通常の家庭用ガスと同じように、通常の状態ではガスです。

固体では、分子間の強い化学結合により、すべての分子がしっかりと配置され、結晶格子を形成します。正しい形の結晶は、その成長のために特別な条件を必要とするため、自然界ではめったに見つかりません。ほとんどの固体は、小さくて微細な結晶の集合体であり、機械的および電気的性質の力によってしっかりと結合された微結晶です。

たとえば、車のひびの入った半車軸や鋳鉄製の火格子などを読者が見たことがある場合は、割れ目に結晶子の粒子が見られます。シンプルな目で..。そして、壊れた磁器や陶器の破片は、虫眼鏡の下で観察できます。

プラズマ

物理学者はまた、物質の凝集の4番目の状態であるプラズマを区別します。プラズマでは、電子は原子核から引き離され、荷電粒子の混合物です。プラズマは非常に高密度になる可能性があります。たとえば、白色矮星である星の腸からの1立方センチメートルのプラズマは、数十トンから数百トンの重さがあります。

プラズマは、その粒子が帯電しているために電磁場と積極的に相互作用するため、別個の凝集状態に分離されます。自由空間では、プラズマは膨張し、冷却されてガスに変わる傾向があります。しかし、電磁界の影響下で、それは固体のように、容器の外側でその形状と体積を保持することができます。プラズマのこの特性は、熱核発電用原子炉（将来の発電所のプロトタイプ）で使用されます。

物質は、固体、液体、気体など、さまざまな凝集状態にある可能性があります。凝集状態が異なると分子間力も異なります。固体状態では最大になり、気体状態では最小になります。分子間力の違いが説明します さまざまな集計状態で表示されるプロパティ:

固体では、分子間の距離が小さく、相互作用力が優勢です。したがって、固体には形状と体積を保持する特性があります。固体の分子は常に動いていますが、各分子は平衡位置を中心に動きます。

液体では、分子間の距離が大きくなります。つまり、相互作用力も小さくなります。したがって、液体はその体積を保持しますが、その形状を簡単に変更します。

気体では、気体分子間の距離が分子のサイズの数十倍であるため、相互作用の力は非常に小さくなります。したがって、ガスはそれに提供される全体積を占めます。

物質の凝集のある状態から別の状態への移行

定義

溶融物 $-$固体から液体状態への物質の遷移。

この相転移は常にエネルギーの吸収を伴います。つまり、熱を物質に供給しなければなりません。ここで内部エネルギー問題が増加します。融解は、融点と呼ばれる特定の温度でのみ発生します。各物質には独自の融点があります。たとえば、iceには$ t_（pl）\u003d 0 ^ 0 \\ textrm（C）$があります。

融解が起こっている間、物質の温度は変化しません。

質量が$ m $の物質を溶かすには、何をする必要がありますか？まず、熱量$ c（\\ cdot）m（\\ cdot）（\\ Delta）T $を報告して、融点$ t_（pl）$まで加熱する必要があります。ここで$ c $$は比熱です。物質の。次に、熱量$（\\ lambda）（\\ cdot）m $を追加する必要があります。ここで、$ \\ lambda $$は物質の比熱融解です。溶融自体は、溶融温度に等しい一定温度で発生します。

定義

物質の結晶化（固化） $-$物質の液体から固体への遷移。

これは、溶解の逆のプロセスです。結晶化は常にエネルギーの放出を伴います。つまり、物質から熱を取り除く必要があります。この場合、物質の内部エネルギーは減少します。融点と一致する特定の温度でのみ発生します。

結晶化が起こっている間、物質の温度は変化しません。

質量$ m $の物質を結晶化するために何をすべきですか？まず、融点$ t_（pl）$まで冷却し、熱量を取り除く必要があります$ c（\\ cdot）m（\\ cdot）（\\ Delta）T $、ここで$ c $$は比熱です物質の。次に、熱量$（\\ lambda）（\\ cdot）m $を取り除く必要があります。ここで、$ \\ lambda $$は物質の比熱です。結晶化は、融点に等しい一定の温度で起こります。

定義

物質の気化 $-$液体から気体状態への物質の遷移。

この相転移は常にエネルギーの吸収を伴います。つまり、熱を物質に供給しなければなりません。この場合、物質の内部エネルギーが増加します。

気化には、気化と沸騰の2種類があります。

定義

蒸発 $-$任意の温度での液体の表面からの気化。

蒸発速度は以下に依存します：

温度;

表面積;

液体の種類;

風。

定義

沸騰 $-$液体の体積全体にわたる気化。これは、沸点と呼ばれる特定の温度でのみ発生します。

各物質には独自の沸点があります。たとえば、水には$ t_（bale）\u003d 100 ^ 0 \\ textrm（C）$があります。沸騰している間、物質の温度は変化しません。

質量$ m $の物質を沸騰させるために何をすべきですか？まず、それを沸点$ t_（沸騰）$まで加熱し、熱量を報告する必要があります$ c（\\ cdot）m（\\ cdot）（\\ Delta）T $、ここで$ c $$は比熱です物質の。次に、熱量$（L）（\\ cdot）m $を追加する必要があります。ここで、$ L $$は物質の特定の蒸発熱です。沸騰自体は、沸点に等しい一定の温度で発生します。

定義

物質の凝縮 $-$気体状態から液体への物質の遷移。

これは気化の逆のプロセスです。結露は常にエネルギーの放出を伴います。つまり、物質から熱を取り除く必要があります。この場合、物質の内部エネルギーは減少します。沸点と一致する特定の温度でのみ発生します。

結露が発生しても、物質の温度は変化しません。

質量$ m $の物質を凝縮するために何をする必要がありますか？まず、沸点$ t_（沸騰）$まで冷却し、熱量を取り除く必要があります$ c（\\ cdot）m（\\ cdot）（\\ Delta）T $、ここで$ c $$は比熱です物質の。次に、熱量$（L）（\\ cdot）m $を取り除く必要があります。ここで、$ L $$は物質の特定の蒸発熱です。凝縮は、沸点に等しい一定の温度で発生します。

レッスンの目的：

物質の集合状態に関する知識を深めて一般化し、物質がどのような状態になり得るかを研究する。

レッスンの目的：

教育的-固体、気体、液体の特性のアイデアを策定すること。

開発-スピーチ、分析、合格および研究された資料に関する結論における学生のスキルの開発。

教育的-精神的な労働を植え付け、研究対象への関心を高めるためのすべての条件を作成します。

基本用語：

集約の状態-これは物質の状態であり、特定の質的特性によって特徴付けられます。-形状と体積を維持する能力または能力。 -短距離および長距離秩序の有無; -その他。

図6。温度が変化したときの物質の状態を集約します。

物質が固体から液体に移行するとき、これは融解と呼ばれ、逆のプロセスは結晶化です。物質が液体から気体に移行するとき、このプロセスは気化と呼ばれ、気体から液体になります-凝縮。そして、昇華によって液体をバイパスし、昇華によって逆のプロセスで、固体から直接気体に移行します。

1.結晶化; 2.溶ける; 3.結露; 4.蒸気発生;

5.昇華; 6.昇華。

私たちは常にこれらの遷移の例を観察しています日常生活..。氷が溶けると水に変わり、水が蒸発して蒸気が発生します。反対方向を見ると、凝縮した蒸気が再び水に流れ始め、水が凍って氷になります。固形物の匂いは昇華です。一部の分子は体から逃げ出し、ガスが発生して臭いがします。逆のプロセスの例は、空気中の蒸気が凍結したときにガラスに定着する冬のガラスのパターンです。

ビデオは物質の凝集状態の変化を示しています。

制御ブロック。

1.凍結後、水は氷に変わりました。水分子は変化しましたか？

2.部屋では医療用エーテルを使用しています。そしてこのため、彼らは通常そこで強いにおいがします。エーテルの状態はどうですか？

3.液体の形はどうなりますか？

4.氷。水の状態はどうですか？

5.水が凍るとどうなりますか？

宿題。

質問に答える：

1.容器の半分の容量をガスで満たすことができますか？どうして？

2.窒素と酸素は室温で液体にできますか？

3.それらは室温で気体状態になることができますか：鉄と水銀？

4.凍るような冬の日、川の上に霧が発生しました。この物質の状態は何ですか？

物質には3つの凝集状態があると私たちは信じています。実際、これらの条件のリストは毎日増え続けていますが、少なくとも15個あります。これらは、アモルファス固体、固体、ニュートロニウム、クォークグルーオンプラズマ、強対称物質、弱対称物質、フェルミ凝縮、ボーズ・アインシュタイン凝縮、ストレンジ物質です。

このセクションでは、 状態の集計、周囲の物質が存在し、各集合状態に固有の物質の粒子間の相互作用の力。

1. 固体の状態,

2. 液体状態 そして

3. ガス状態.

4番目の集約状態はしばしば区別されます- プラズマ.

プラズマ状態は、気体状態の一種と見なされる場合があります。

プラズマ-部分的または完全にイオン化されたガス、ほとんどの場合、高温で存在します。

プラズマ 星の物質はこの状態にあるので、は宇宙で最も一般的な物質の状態です。

それぞれについて 集約状態 物質の粒子間の相互作用の性質における特徴的な特徴であり、その物理的および化学的特性に影響を与えます。

各物質は、異なる凝集状態にある可能性があります。十分に低い温度では、すべての物質が 固体の状態..。しかし、熱くなると、液体その後ガス..。さらに加熱すると、それらはイオン化し（原子は電子の一部を失います）、状態に移行します プラズマ.

ガス

ガス状態 （Dutch.gasから、古代ギリシャ語に戻ります。 Χάος ）その構成粒子間の非常に弱い結合によって特徴付けられます。

ガスを形成する分子または原子は無秩序に移動し、この場合、ほとんどの場合、それらは（サイズと比較して）互いに大きな距離にあります。その結果、 ガス粒子間の相互作用の力はごくわずかです.

ガスの主な特徴 それは、表面を形成することなく、利用可能なすべてのスペースを埋めることです。ガスは常に混合されます。 ガスは等方性物質ですつまり、そのプロパティは方向に依存しません。

重力がない場合圧力ガスのすべてのポイントで同じです。重力の分野では、密度と圧力はすべての点で同じではなく、高さとともに減少します。したがって、重力の分野では、ガス混合物は不均一になる。 重いガス 沈む傾向があります肺 -上がる。

ガスは圧縮率が高い -圧力が高くなると、密度が高くなります。温度が上がると膨張します。

圧縮ガスは液体に変わる可能性があります、ただし、結露はどの温度でも発生しませんが、臨界温度より低い温度で発生します。臨界温度は特定のガスの特性であり、その分子間の相互作用の力に依存します。たとえば、ガス ヘリウム より低い温度でのみ液化することができます 4.2K.

冷却されると、液相をバイパスして固体に移行するガスがあります。液体から気体への変換は蒸発と呼ばれ、固体から気体への直接変換は昇華.

固体

固体の状態 他の集約状態と比較して 形状安定性が特徴.

区別する 結晶性 そして アモルファス固体.

結晶性の物質の状態

固体の形状の安定性は、固体状態のほとんどが持っているという事実によるものです 結晶構造.

この場合、物質の粒子間の距離は小さく、粒子間の相互作用の力は大きく、これがフォームの安定性を決定します。

物質の一部を分割し、結果として生じる破壊を調べることによって、多くの固体の結晶構造を確信するのは簡単です。通常、割れ目（砂糖、硫黄、金属など）では、さまざまな角度に配置された小さな結晶面がはっきりと見え、それらによる光の反射が異なるためにきらめきます。

結晶が非常に小さい場合は、顕微鏡を使用して物質の結晶構造を確認できます。

結晶形

各物質が形成されます結晶かなり明確な形。

さまざまな結晶形は、7つのグループにまとめることができます。

1. Triclinnaya （平行六面体）、

2. 単斜晶（ベースに平行四辺形のプリズム）、

3. 菱形（直方体）、

4. 正方晶 （底辺が正方形の直方体）、

5. 三方晶,

6. 六角（正しい中心のベースを持つプリズム
六角形）、

7. キュービック （キューブ）。

多くの物質、特に鉄、銅、ダイヤモンド、塩化ナトリウムは、 立方晶系..。このシステムの最も単純な形式は次のとおりです。 立方体、八面体、四面体.

マグネシウム、亜鉛、氷、水晶は結晶化します 六方晶系..。このシステムの主な形式は- 六角柱と双角錐.

天然の結晶、および人工的な手段で得られた結晶は、理論的な形に正確に対応することはめったにありません。通常、溶融物が固化すると結晶が一緒に成長するため、それぞれの形状が完全に正しくないことがわかります。

しかし、結晶がどれほど不均一に発達しても、その形状がどれほど歪んでいても、同じ物質に対して結晶面が収束する角度は一定のままです。

異方性

結晶体の特徴は、結晶の形状だけにとどまりません。結晶中の物質は完全に均質ですが、その多くは物理的特性 -強度、熱伝導率、光に対する姿勢など-結晶内の異なる方向で常に同じであるとは限りません。結晶性物質のこの重要な特徴は、 異方性.

結晶の内部構造。結晶格子。

結晶の外形はそれを反映しています内部構造結晶を構成する粒子（分子、原子、イオン）が正しく配置されているためです。

この配置は次のように表すことができます 結晶格子 -直線が交差することによって形成される格子フレームワーク。線の交点で- ラティスノード -粒子の中心があります。

結晶格子の節点にある粒子の性質、および特定の結晶内で粒子間の相互作用の力がどのようなものであるかに応じて、次のタイプが区別されます。 結晶格子:

1.分子,

2.アトミック,

3.イオン そして

4.金属.

分子および原子格子は、共有結合を持つ物質、イオン性-イオン性化合物、金属-金属およびそれらの合金に固有のものです。

原子結晶格子

原子は原子格子のノードにあります..。それらは互いに関連しています 共有結合.

原子格子を持つ物質は比較的少ないです。これらには以下が含まれます ダイヤモンド、シリコン およびいくつかの無機化合物。

これらの物質は硬度が高いという特徴があり、耐火性であり、ほとんどすべての溶媒に不溶性です。これらの特性は、その強度によるものです 共有結合.

分子結晶格子

分子は分子格子のサイトにあります..。それらは互いに関連しています 分子間力.

分子格子を持つ物質がたくさんあります。これらには以下が含まれます 非金属カーボンとシリコンを除いて、すべて 有機化合物 非イオン通信と 多くの無機化合物.

分子間相互作用の力は共有結合の力よりもはるかに弱いため、分子結晶は硬度が低く、可融性で揮発性があります。

イオン結晶格子

イオン格子のサイトには、正と負に帯電したイオンが交互に配置されています..。彼らは力によって一緒に束縛されています 静電引力.

イオン格子を形成するイオン結合を持つ化合物には、 ほとんどの塩と少数の酸化物.

強さによって イオン格子 原子より劣るが、分子を超える。

イオン性化合物は比較的高い融点を持っています。ほとんどの場合、それらのボラティリティは大きくありません。

金属結晶格子

金属格子のサイトには金属原子があり、その間でこれらの原子に共通の電子が自由に移動します。

金属の結晶格子内の自由電子の存在は、それらの多くの特性を説明することができます：可塑性、展性、金属光沢、高い電気伝導率と熱伝導率

結晶には、粒子間の2種類の相互作用が重要な役割を果たす物質があります。したがって、グラファイトでは、炭素原子は同じ方向に互いに結合しています 共有結合、およびその他- 金属..。したがって、グラファイト格子は次のように考えることができます。 アトミック、そしてどうやって金属.

多くの無機化合物では、例えば、 BeO、ZnS、CuCl、格子ノードにある粒子間の接続は部分的に イオン性そして部分的に 共有結合..。したがって、そのような化合物の格子は中間と見なすことができます イオン性 そして アトミック.

アモルファスの物質の状態

アモルファス物質の性質

固体の中には、結晶の兆候が見られない骨折の固体があります。たとえば、通常のガラスを割ると、その割れ目は滑らかになり、結晶の割れ目とは異なり、平らではなく楕円形の表面に限定されます。

樹脂、接着剤、その他の物質を分割した場合にも、同様のパターンが見られます。この物質の状態は まとまりのない.

間の違い 結晶性 そして まとまりのない 体は特に暖房に対する態度が顕著です。

各物質の結晶は厳密に定義された温度で同じ温度で溶融しますが、液体から固体への遷移があります。 アモルファス体は一定の融点を持っていません..。加熱すると、アモルファス体は徐々に柔らかくなり、広がり始め、最終的に完全に液体になります。冷やすと、 徐々に固まる.

特定の融点がないため、アモルファス体には異なる能力があります。 それらの多くは液体のように流れます、つまり比較的小さな力の長時間の作用で、それらは徐々に形を変えます。たとえば、平らな面に置かれた樹脂片は、暖かい部屋で数週間広がり、円盤の形をします。

アモルファス物質の構造

間の違い 結晶性およびアモルファス 状態は以下の通りです。

結晶内の粒子の整然とした配置ユニットセルによって反射された、は、結晶の広い領域にわたって保持され、整形式の結晶の場合は- 全体として.

アモルファス体では、粒子の配列の順序は観察されるだけです 非常に狭いエリアで..。さらに、多くのアモルファス体では、この局所的な秩序でさえおおよそのものにすぎません。

この違いは次のように要約できます。

結晶構造は長距離秩序によって特徴付けられます,
アモルファス体の構造-隣人へ.

アモルファス物質の例。

安定したアモルファス物質には ガラス （人工および火山）、自然および人工 樹脂、接着剤、パラフィン、ワックス や。。など。

アモルファス状態から結晶状態への遷移。

一部の物質は、結晶性とアモルファスの両方である可能性があります。 二酸化ケイ素SiO2 十分な教育を受けたとして自然に発生します 水晶振動子、およびアモルファス状態（ ミネラルフリント).

ここで 結晶状態は常により安定しています..。したがって、結晶性物質から無定形物質への自発的遷移は不可能であり、逆変換（無定形状態から結晶性状態への自発的遷移）が可能であり、時々観察される。

そのような変換の例は失透 -ガラスの破壊を伴う、高温でのガラスの自然結晶化。

アモルファス状態 多くの物質は、液体溶融物の高い凝固（冷却）速度で得られます。

金属および合金の場合 アモルファス状態 原則として、溶融物が数十ミリ秒のオーダーの時間で冷却される場合に形成されます。ガラスの場合、はるかに低い冷却速度で十分です。

石英 (SiO 2）結晶化率も低い。したがって、そこから鋳造された製品はアモルファスです。しかし、地殻や火山の深層の冷却中に数百年から数千年かけて結晶化した天然石英は、火山ガラスとは対照的に、表面が凍結しているためアモルファスの粗い結晶構造をしています。

液体

液体は、固体と気体の中間状態です。

液体状態 気体と結晶の中間です。いくつかの特性によると、液体はに近いガス、他の人に- 固体.

液体ガスは、まず第一に、によって集められます 等方性 そして 流動性..。後者は、液体がその形状を簡単に変える能力を決定します。

しかしながら 高密度 そして 低圧縮性 液体はそれらを近づけます固体.

液体がその形状を容易に変化させる能力は、それらの中に分子間相互作用の堅固な力がないことを示しています。

同時に、特定の温度で一定の体積を維持する能力を決定する液体の低い圧縮性は、剛性ではありませんが、粒子間の相互作用の重要な力の存在を示します。

ポテンシャルエネルギーと運動エネルギーの比率。

凝集の各状態は、物質の粒子の潜在的エネルギーと動的エネルギーの間の独自の比率によって特徴付けられます。

固体では、粒子の平均ポテンシャルエネルギーはそれらの平均運動エネルギーよりも大きい。 したがって、固体では、粒子は互いに対して特定の位置を占め、これらの位置に対してのみ振動します。

ガスの場合、エネルギー比は逆になりますその結果、ガス分子は常に無秩序な動きの状態にあり、分子間の付着力は実質的に存在しないため、ガスは常にそれに提供される全体積を占める。

液体の場合、粒子の運動エネルギーと潜在エネルギーはほぼ同じです、つまり粒子は互いに接続されていますが、厳密には接続されていません。したがって、液体は流動的ですが、特定の温度で一定の体積を持ちます。

液体とアモルファスボディの構造は似ています。

構造解析法を液体に適用した結果、 液体はアモルファス体のようなものです..。ほとんどの液体は持っています 注文を閉じる -各分子の最近傍の数とそれらの相対位置は、液体の全体積でほぼ同じです。

粒子の秩序の程度は、液体によって異なります。また、温度によって変化します。

所与の物質の融点をわずかに超える低温では、所与の液体の粒子の配列における秩序化の程度は大きい。

温度が上がると、それは下がり、 それが熱くなるにつれて、液体の特性はますますガスの特性に近づきます..。臨界温度に達すると、液体と気体の区別がなくなります。

液体とアモルファス体の内部構造が類似しているため、後者は非常に高粘度の液体と見なされることが多く、結晶状態の物質のみが固体として分類されます。

例えることによって アモルファスボディ ただし、液体の場合、通常の液体とは対照的に、アモルファスボディでは、結晶の場合と同じように、粒子の移動度はわずかであることに注意してください。

状態を集約します。液体。熱力学のフェーズ。相転移。

講義1.16

すべての物質は、3つの凝集状態で存在する可能性があります- 固体、液体そして ガス状..。それらの間の遷移は、いくつかの物理的特性（密度、熱伝導率など）の急激な変化を伴います。

凝集の状態は、物質が存在する物理的条件によって異なります。物質にいくつかの凝集状態が存在するのは、その分子（原子）の熱運動と、さまざまな条件下での相互作用の違いによるものです。

ガス -粒子が相互作用力によって結合されていないか、非常に弱く結合されている物質の集合状態。その粒子（分子、原子）の熱運動の運動エネルギーは、それらの間の相互作用の潜在的なエネルギーを大幅に超えているため、粒子はほぼ自由に動き、それらが配置されている容器を完全に満たし、その形状を取ります。気体状態では、物質はそれ自体の体積もそれ自体の形態も持っていません。圧力と温度を変えることにより、あらゆる物質をガス状に変換することができます。

液体 -固体と気体の中間の物質の凝集状態。粒子の移動度が高く、粒子間の自由空間が小さいのが特徴です。これは、液体がその体積を保持し、容器の形をとるという事実につながります。液体中では、分子は互いに非常に接近しています。したがって、液体の密度はガスの密度（常圧）よりもはるかに高くなります。液体の特性は、液晶を除いて、すべての方向で同じです（等方性）。密度を加熱または減少させると、液体の特性、熱伝導率、粘度は、原則として、ガスの特性に近づく方向に変化します。

液体分子の熱運動は、集団的な振動運動と、ある平衡位置から別の平衡位置への分子の時折のジャンプの組み合わせで構成されます。

固体（結晶）体 -形態の安定性と原子の熱運動の性質を特徴とする物質の凝集状態。この動きは、固体を構成する原子（またはイオン）の振動です。振動振幅は通常、原子間距離と比較して小さいです。

液体の性質。

液体状態の物質の分子は、互いにほぼ近接して配置されています。分子が結晶の体積全体にわたって規則正しい構造を形成し、固定された中心の周りで熱振動を実行できる結晶性固体とは対照的に、液体分子はより大きな自由度を持っています。液体の各分子は、固体の場合と同様に、隣接する分子によってすべての側面が「クランプ」され、特定の平衡位置の周りで熱振動を実行します。ただし、ときどき、任意の分子が隣接する空の場所に移動する可能性があります。このような液体のジャンプは非常に頻繁に発生します。したがって、分子は結晶のように特定の中心に付着せず、液体の体積全体を移動できます。これは、液体の流動性を説明しています。間隔の狭い分子間の強い相互作用のために、それらはいくつかの分子を含む局所的な（不安定な）秩序あるグループを形成する可能性があります。この現象は ショートオーダー.

分子が密に詰まっているため、液体の圧縮性、つまり圧力の変化に伴う体積の変化は非常に小さくなります。ガスの場合よりも数万倍も数十万倍も少なくなります。たとえば、水の量を1％変更するには、圧力を約200倍に上げる必要があります。大気圧と比較したこのような圧力の上昇は、約2kmの深さで達成されます。

固体のような液体は、温度が変化すると体積が変化します。あまり大きくない温度範囲では、相対的な体積変化Δ V / V 温度変化に比例する0Δ T:

係数βは 体積膨張の温度係数..。液体のこの係数は、固体の場合よりも数十倍高くなります。たとえば、水の場合、温度20°Cでβin≈2・10 –4 K –1、鋼の場合-βst≈3.6・10 –5 K –1、石英ガラスの場合-βq≈9・10- 6 K –1。

熱膨張水は地球上の生命にとって興味深く重要な異常を持っています。 4°C未満の温度では、水は温度の低下とともに膨張します（β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.

水が凍結すると膨張するため、氷は凍結リザーバーの表面に浮いたままになります。氷の下の凍結水の温度は0°Сです。貯水池の底にあるより密度の高い水の層では、温度は約4°Cです。このおかげで、凍てつく貯水池の水に生命が存在することができます。

液体の最も興味深い特徴は存在です 自由表面..。液体は、ガスとは異なり、それが注がれる容器の全容積を満たしません。液体とガス（または蒸気）の間に界面が形成され、それは残りの液体塊と比較して特別な状態にあります。液体の境界層にある分子は、その深さの分子とは異なり、すべての側面から同じ液体の他の分子に囲まれていません。隣接する分子の側から液体内の分子の1つに作用する分子間相互作用の力は、平均して相互に補償されます。境界層内の任意の分子は、液体内の分子によって引き付けられます（ガス（または蒸気）分子の側から特定の液体分子に作用する力は無視できます）。その結果、特定の合力が現れ、液体の奥深くに向けられます。表面分子は、分子間引力の力によって液体に引き込まれます。ただし、境界層の分子を含むすべての分子は平衡状態にある必要があります。この平衡は、表面層の分子と液体内の最も近い隣接分子との間の距離がわずかに減少するために達成されます。分子間の距離が短くなると、反発力が発生します。液体内の分子間の平均距離が r 0の場合、表層の分子はやや密に詰まっているため、内部分子と比較して潜在的なエネルギーがさらに蓄積されます。圧縮性が非常に低いため、より密に詰まった表面層が存在しても、液体の量に目立った変化が生じないことに留意する必要があります。分子が液体の表面から内部に移動する場合、分子間相互作用の力は前向きな働きをします。逆に、液体の深さから表面に特定の数の分子を引っ張るために（つまり、液体の表面積を増やすために）、外力前向きな仕事をしなければならない A ext、Δの変化に比例 S 表面積：

A ext \u003dσΔ S.

係数σは表面張力係数（σ\u003e 0）と呼ばれます。したがって、表面張力係数は、一定温度で液体の表面積を1単位増やすために必要な作業に等しくなります。

SIでは、表面張力はジュールあたりで測定されます メーター正方形（J / m 2）または1メートルあたりのニュートン（1 N / m \u003d 1 J / m 2）。

その結果、液体の表層の分子は、液体内の分子と比較して過剰になります 位置エネルギー..。位置エネルギー E 液面のpはその面積に比例します：（1.16.1）

システムの平衡状態は、その潜在的なエネルギーの最小値に対応することが力学から知られています。したがって、液体の自由表面はその面積を減らす傾向があるということになります。このため、液滴の自由滴は球形になります。流体は、力がその表面に対して接線方向に作用しているかのように動作し、この表面を減少（引っ張る）します。これらの力は呼ばれます 表面張力.

表面張力の存在により、液体の表面は弾性延伸フィルムと同様になりますが、フィルムの弾性力はその表面面積（つまり、フィルムの変形方法）に依存し、表面張力は表面積に依存しないという唯一の違いがあります。液体。

表面張力はフィルム表面を収縮させる傾向があります。したがって、次のように書くことができます：（1.16.2）

したがって、表面張力係数σは、表面を囲む線の単位長さに作用する表面張力の係数として定義することができます（ lこの行の長さです）。

液滴内および内部の表面張力の作用による石鹸の泡過剰圧力Δ p..。あなたが精神的に半径の球形の滴を切るならば R 2つの半分に分割すると、カット境界2πに適用される表面張力の作用下で、それぞれが平衡状態にある必要があります。 R 領域πに作用する過剰圧力の力 R 2つのセクション（図1.16.1）。平衡状態は次のように記述されます

液体、固体、ガスの境界付近では、液体の自由表面の形状は、液体分子と固体分子の相互作用の力に依存します（ガス（または蒸気）分子との相互作用は無視できます）。これらの力が液体自体の分子間の相互作用の力よりも大きい場合、液体 濡れる 固体の表面。この場合、液体は特定の鋭角θで固体の表面に接近します。これは、与えられた液体のペア（固体）の特徴です。角度θは エッジ角度..。液体の分子間の相互作用の力が固体の分子との相互作用の力を超える場合、接触角θは鈍角であることがわかります（図1.16.2（2））。この場合、彼らは液体が 濡れない 固体の表面。そうでなければ（角度-鋭い）液体 濡れる表面（図1.16.2（1））。いつ フルウェットθ\u003d 0、 完全な非湿潤θ\u003d 180°。

毛細血管現象 小径チューブ内の液体の上昇または下降と呼ばれます- キャピラリー..。濡れた液体は毛細管を通って上昇し、濡れていない液体は下降します。

図1.16.3は、特定の半径のキャピラリーチューブを示しています rその下端によって密度ρの湿潤液体に下げられた。キャピラリーの上端が開いています。キャピラリー内の液体の上昇は、キャピラリー内の液体の柱に作用する重力が、結果として生じるものと大きさが等しくなるまで続きます。 F n液体と毛細管表面の間の界面に沿って作用する表面張力： F t \u003d F n、ここで F t \u003d mg = ρ hπ r 2 g, F n \u003dσ2π r cosθ。

これは、次のことを意味します。

完全に濡れている場合θ\u003d 0、cosθ\u003d 1。この場合

完全な非湿潤性θ\u003d 180°、cosθ\u003d –1、したがって、 h < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

水はきれいなガラスの表面をほぼ完全に濡らします。逆に、水銀はガラス表面を完全に濡らしません。したがって、ガラスキャピラリー内の水銀のレベルは、容器内のレベルを下回ります。