クエリ: 液体の融点、気体の昇華点にあたるもので、液体や気体が固体になる温度のことを何という?
文章: 液体 液体は、固体と気体と並んで物質の三態の一つである。物質内の原子あるいは分子の結合する力が熱振動(格子振動)よりも弱くなった状態であり、構成する粒子が互いの位置関係を拘束しないために自由に移動することができ、いわゆる流体の状態となる。このような状態を物質が液相であるという。 臨界圧力以下ならば、物質ごとに決まった温度で固体から液体へ構造相転移(一次相転移)する。この固体から液体への転移温度が融点である。また、一定の圧力のまま更に温度を上げると分子の振動が強まって分子間の距離が大きくなり、(過熱が起きない場合)ある定まった温度で飽和蒸気圧がその圧力に達し、液体内部から気体が発生する。この時の転移温度が、沸点である。逆に温度を下げれば、気体→(液化)→液体→(凝固)→固体となる。過冷却が起きない限り、凝固点は融点と等しい。但し、融点、沸点は、圧力など外的条件の影響により変化する。 液体状態では、原子、分子は比較的自由かつランダムに動き回っている(ブラウン運動)。
文章: 超伝導 液体窒素の沸点である-196°C (77 K) 以上で超伝導現象を起こすものは特に高温超伝導物質 (英: cuprate superconductor) と呼ばれる。物質が超伝導状態になることは相転移の一種であり、超伝導相に移り変わる温度を、(超伝導)転移温度という。超伝導に転移する前の相は常伝導という。超伝導体には電気抵抗がゼロになる他にも、物質内部から磁力線が排除されるマイスナー効果によって「磁気浮上」現象を起こす。この時、磁力線の強度への応答の違いから第一種超伝導体 (英: type-I superconductor) と第二種超伝導体 (英: type-II superconductor) とに分類される。第二種超伝導体では磁力線の内部侵入を部分的に許すことで高強度の磁力に対してマイスナー効果が発生する。第二種超伝導体では、ピン止め効果によりゼロ抵抗を維持している。 文章: 液体 液体は、物質の状態(固体・液体・気体)の一つである。気体と同様に流動的で、容器に合わせて形を変える。液体は気体に比して圧縮性が小さい。気体とは異なり、容器全体に広がることはなく、ほぼ一定の密度を保つ。液体特有の性質として表面張力があり、それによって「濡れ」という現象が起きる。 液体の密度は一般に固体のそれに近く、気体よりもはるかに高い密度を持つ。そこで液体と固体をまとめて「凝集系」などとも呼ぶ。一方で液体と気体は流動性を共有しているため、それらをあわせて流体と呼ぶ。 文章: 気体 液体はせん断力を加えられたとき常に流動するが、その速度に応じて抗力が生じる。気体は液体に比べて粘性が低く、粘性なしとして扱われることも少なくない。気体が全く粘度も持たないとすると翼の表面に固着することはなく、境界層は形成されない。デルタ翼の研究においてシュリーレン写真を使い、気体粒子が互いにくっつきあう現象があることが確認された。流体力学において乱流とは、無秩序かつ確率的に変化する特性を持つ流れの状態である。乱流は運動量の拡散が小さく伝達量が大きく、流れの圧力や速度が時間や空間と共に急激に変化する。気体粒子は気体中を移動する物体の表面にくっつく性質を持つ。そのような粒子の層を境界層と呼ぶ。物体表面に粒子がくっつくのは基本的には摩擦が原因である。すると、物体と境界層を合わせた部分が一緒に気体内を移動する形状を形成する。 文章: フッ化水素 融点 -84 °C、沸点 19.54 °C で、常温では気体または液体。塩化水素などの他のハロゲン化水素の場合に比べて性質が異なる点がある。まず、F-H の結合エネルギーが大きいために電離し難く、希薄水溶液においては弱酸として振舞う。これはフッ化物イオンのイオン半径が小さいため、水素イオンとの静電気力が強いことによるとも解釈される。また、水素結合により分子間に強い相互作用を持つことから、分子量の割りに沸点が高くなっている。また、フッ素の電気陰性度があまりに大きいために、フッ化水素同士で二量体あるいはそれ以上の多量体を生成する。80°C以上の気体状態では単量体が主となる。液体フッ化水素は、様々な物質に対し大きな溶解能を有する。プロトン性極性溶媒であり、水などと同様に自己解離が存在するが、フッ素の高い陰性により、フッ化物イオンは更に一分子のHFと結合して溶媒和する。 文章: 濡れ 液体や固体の物質が、気体のように散逸せずにまとまりを維持するのは、それらの内部の原子や分子同士が互いに引き付け合っているためであるが、表面ではその力が物質の面方向に強くはたらき表面張力となって現れる。容器に収められ重力以外の外力を受けていない液体では、自重と表面張力のつり合いによって外形が定まるが、固体では固有の外形を維持する力が強いため表面張力が観察されにくい。ただし、固体と液体が接触する時は液体だけでなく固体の表面張力も顕在化する。液体の表面張力に比べて固体の表面張力が大きいと、固体に接触した液体は自ら球形になろうとするよりも固体の表面に広がろうとして良くぬれる。固体と液体が接触した場合の両者の表面張力の違いによってぬれの度合いが異なってくる。 文章: 熱膨張率 日常的な温度範囲では固体・液体の体積膨張率はごく小さく、温度によらずほぼ一定とみなせるため、固体・液体の体積 V は次のように表せる: ここで t は基準温度からの温度変化、V0 は基準温度における物体の体積である。 気体の場合は体積ではなく密度でその状態を表すことが多い。ここで気体の質量を m とすると、密度 ρ は、 文章: 生成熱 よって、生成熱は物質がどのような経路で生成されたかには依存せず、物質とその状態(気体であるか固体であるか、および温度)毎に一つの値をとる。よって、多くの物質の標準生成熱は化学便覧等のハンドブックなどに分子毎に記載され、調べることが出来る。また、化学便覧に記載されていないような複雑な化合物の場合には加成性則や分子軌道から計算で推測することが出来る。 文章: Λ点 λ点とは、潜熱を伴わない相転移における転移点で、温度に対して比熱容量をプロットしたグラフが転移点において尖点を持つものをいう。この尖点付近のグラフ形状がギリシャ文字の λ を左右反転させた形に似ることが多いことから名付けられた。1922年にフランシス・シモンが塩化アンモニウムについてこのような相転移を発見し、のちにポール・エーレンフェストがλ転移と名づけた。 狭義には液体ヘリウムの常流動相(ヘリウムI)と超流動相(ヘリウムII)との間の相転移点をさし、標準気圧下の元での転移温度は 約 2.17 K である。ヘリウムのλ転移が起こる圧力の下限は、5.048 kPa (0.04982 atm) で、このときの転移温度は 2.1768 K (-270.9732 °C) である。この圧力はその温度での飽和蒸気圧(密閉容器中の液体ヘリウムと熱平衡にある純粋な気体ヘリウムの圧力)にあたる。一方でλ転移が起こる圧力の上限は、bcc固体ヘリウムと液体ヘリウムが共存して熱平衡にある、1.762 K (-271.388 °C)、29.725 atm (3,011.9 kPa) である。 ピークの先端がシャープであるため、熱容量の臨界点付近での振る舞いを特徴づける量である臨界指数の測定は、体積の大きな液体でも一様な圧力下に保つことのできる無重力環境においてしか正確に行えない。1992年のスペースシャトルでの実験においてλ点から 2 nK 以内の領域における熱容量が測定され、α = -0.0127±0.0003 という結果が得られた。 文章: 溶液 気体状態にある成分1: n 1 {\displaystyle n_{1}} molと成分2: n 2 {\displaystyle n_{2}} molが凝集して溶液になるときの全凝集エネルギーはそれぞれの成分の分子と分子の接している割合がその成分の容積分率に等しいから、成分1と成分2の接触による凝集エネルギーを Δ E 1 2 V {\displaystyle \Delta E_{1\cdot 2}^{V}} として以下のようになる。ここで V 1 {\displaystyle V_{1}} および V 2 {\displaystyle V_{2}} は各成分の液体のモル体積である。 文章: 気体 気体というのは、物質の集合状態のひとつであり、圧縮やズレに対する抵抗が小さく、膨張に対してはまったく抵抗を示すことなく無限に体積を大きくしようとし、体積も形も一定でない状態をこう呼んでいる。 気体は、物質の三態のひとつである。 純粋な気体を構成する粒子は、原子の場合(ネオンなどの希ガス)、同一種類の原子から構成される元素分子の場合(酸素など)、複数種類の原子から成る化合物分子の場合(二酸化炭素など)がある。混合気体は複数の純粋な気体が混じりあったものである。空気もそれ(混合気体)にあたる。 液体や固体との大きな違いは、気体を構成する粒子間の距離が大きい点である。気体粒子の相互作用は電場や重力場のある状態では無視できる程度であり、右図のようにそれぞれの粒子が一定の速度ベクトルを持つ。 文章: 超流動 ヘリウム4は、零点振動の効果により低温で液化しても、絶対零度に到るまで液体のままで存在する。つまり、固体にはならない。そして、2.17 K で比熱の跳びがあり、二次の相転移を起こし超流動の状態となる。この転移温度のことを比熱の跳びの形からλ点という。 超流動状態では、ヘリウム4は粘性が0の状態(He II相)になっており、壁を登っていったり、原子一個が通れる隙間さえあればそこから漏れ出す。ただ、有限温度の領域では常流体(普通の液体としての性質を示す:He I相)と超流体(粘性ゼロ:He II相)が共存している(→二流体理論)。超流体の状態では、ボース粒子であるヘリウム4がボース凝縮している。 超流体部分がボース凝縮しているのではないかということは、1938年、フリッツ・ロンドンによって最初に指摘された。ロンドンは、ヘリウム4原子を理想ボース気体とみなして、超流動の転移温度をボース凝縮温度とし、その理論値3.13Kを導いた。この値は実験観測値2.17Kに近い値と言える。値のずれは、超流動状態にあるヘリウム4は液体状態であり、理想ボース気体とは異なる状態であること、ヘリウム原子間の相互作用、原子同士が接近したときに働く強い斥力の影響などによる。理想ボース気体では、粒子間の相互作用を考慮していないが、その後、相互作用のある場合への理論的な拡張が行われている。ただ、理想ボース気体でのボース凝縮状態への相転移は三次の相転移であるが、ヘリウム4(ヘリウム3も同様)の超流動への転移は二次の相転移である。この部分に対する理論面からの解釈はまだ十分なされていない。 文章: 相転移 第一種相転移は準安定状態を持つので固体表面や空間に浮遊する吸湿性の微小粒子やイオンなどの刺激するものが存在しないことが原因で過熱状態や過冷却状態のように転移点を越えても相転移を生じない場合がある。すなわち電子レンジで過熱した水の突沸や、放射線検出器の霧箱・泡箱の原理はこの第一種相転移の準安定状態に由来する。 物性としての蒸発のし易さ、し難さを「揮発性」・「不揮発性」という。液体の表面張力に打ち勝つ熱運動エネルギーを持つ分子は蒸発することができる。言い換えると、蒸発する分子は液体表面への付着についての仕事関数を超える力学エネルギーをもっている。したがって蒸発は液体の温度が高かったり、表面張力が低かったりするほど早く進行する。 また、理想気体あるいは理想液体では圧力に依存してその振る舞いを変えることはないが、実際の物質の場合には高圧になると気相と液相の振る舞いに相違がなくなる。その限界の転移点を「臨界点」と呼ぶ。その臨界点を超えた相の状態を超臨界状態と呼ぶ。 文章: 気温 気温(きおん)とは、大気(空気)の温度のこと。気象を構成する要素の1つ。通常は地上の大気の温度の事を指す。 文章: 表面張力 液体の中では水銀は特に表面張力が高く、水も多くの液体よりも高い部類に入る。固体では金属や金属酸化物は高い値を示すが、実際には空気中のガス分子が吸着しこの値は低下する。また金属など、高温で溶融する物質は測定値にばらつきが大きいが、大体下表のような値である。一般に金属結合のように結合が強いほど、あるいは定性的に融点が高い物質ほど表面張力も高い。純物質の各融点における表面張力は、第5族、6族、7族元素が高く、希ガス元素は低い。 文章: 昇華 (化学) 二酸化炭素は常圧で昇華する化合物のひとつである。常温で固体 CO2 (ドライアイス)を放置すれば、液体を経ずに気体へと変化するのが観測できる。また、ヨウ素も常圧、室温条件下で昇華する物質のひとつである。徐々にではあるが、水の氷も氷点以下では昇華する。フリーズドライに利用されるこの現象は、例えば長期にわたって冷凍保存した食料が干からびてしまうこと(いわゆる冷凍焼け)や、氷点下の寒い日に濡れた布を野外に吊るしておくと乾燥状態になることで確かめられる。また、ナフタレン(防虫剤の成分)は徐々に昇華することで、防虫効果を長期間維持することができる。固体から気体への昇華は吸熱的であり、エネルギーを必要とする。