物質の三態

　水は、大気圧下で、0℃以下では氷(固体)として存在し、これを温度をあげて0℃以上にすると融解して水(液体)となり、さらに温度をあげて100℃を越えると水蒸気(気体)となることは、身近な現象である。物質の多くは、温度によって、相変化を起こし、固体�液体�気体と三つの状態の間を移り変わる。これを物質の三態変化と言う。
　物質は原子や分子から構成されているが、このような立場すなわちミクロな立場から考えてみよう。物質が温度を示すというのは、原子・分子が運動していると言うことである。これを熱運動と言う。
　一方、分子間には色々な種類の力が働いている。これは分子間力とよばれる。
　物質の三態は変化は、この熱運動と分子間力のかねあいとして説明できる。固体は、温度が低いので熱運動が弱く、結晶中の中の分子はそれぞれの位置で振動しているだけである。温度をだんだん高くしていくと、分子間力のポテンシャル程度に熱運動が大きくなり、分子はその位置を離れて動くようになり、結晶が融解して液体になる。さらに温度を上げていくと、熱運動が分子間力を完全に振り切るようになり、沸騰して気体になる。三態の変化の概図を記す。

　ドライアイス、ナフタリンなどは、固体から直接気体になる。これを昇華と言う。温度による三態の変化を述べてきたが、実際には圧力も考えなければならない。水の状態図を下図に示す。三重点とは、固体、液体、気体が共存できる点である。水の三重点は、絶対温度を定義する唯一の基本定点である。

　圧力が低ければ、低い温度で沸騰してしまう。高い山では、水が100℃になる前に沸騰してしまうため、おいしいご飯が炊けない。
　金属や結晶、水などは三態変化が明確で、はっきりした融点、沸点が見られる。しかし、ガラスやプラスチックでは固体�液体の変化が明確ではなく、温度を上げていくと次第に軟化していき、明確な融点を示さない。ガラス加工はこの性質をうまく使っている。

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