物質の状態はなぜ3態(固体、液体、気体)であり、2でも4でもないのです

質問

物質の状態はなぜ3態(固体、液体、気体)であり、2でも4でもないのですか？実は連続的？
物質の状態変化では、固体を加熱すると液体、気体と変わっていきますね(昇華ではいきなり気体ですが)。水は0度で融解し、100度で沸騰します。これって固体と液体の間、液体と気体の間といった中間の過程を通じて変化するのでしょうか？
もし中間の状態があるなら、連続スペクトルである虹を7色というのと同じく適当に分けただけですよね。
もし中間の状態がないならその理由を知りたいです。

固体は物質間の相互作用(斥力と引力)でかなり分子同士が固定され自由に動き回れないもの。
液体は分子などが自由に飛び回ってはいないがやはり相互作用がある程度働いているもの。
気体は分子間の相互作用がほとんど働かず自由に飛び回っているもの。
と解釈しています。
これらは連続した状態なのでしょうか？
ドロドロのマグマ、超臨界流体など中途半端な状態っぽいのってありますよね？

長文になりましたが、ご存じの方教えてください。お願いいたします。

回答No.3

sewingcough · ベストアンサー

「三態」というのは、まあひとつのものの見方と分類主義です。
まず人間にとって最も身近に存在する「水」を見たとき、
昔は極めて限られた温度と圧力の範囲でしか観察できなかったため
その相転移があたかも三相に渡ってのみ起こるように見えました。
それで「物質の三態」という分類をとろうと思ったわけです。
水の場合は実際、0℃以下では水分子の運動エネルギーが
分子間の一次的な結合力に打ち勝つ確率が極めて低いため
固体という状態をとりますが、これが0℃になると
運動エネルギーが打ち勝って自由に動き回れる液体になります。
しかし、100℃までは水素結合の様な二次的な結合エネルギー、
および大気圧に運動エネルギーが打ち勝つ確率が低いため、
液体の状態にとどまり気体になることができません。

じゃあ水の温度を更に上げていくとどうなるでしょうか。
2000℃に達すると、分子内の共有結合に運動エネルギーが打ち勝つので
酸素原子と水素原子に分かれバラバラになってしまいますが、
酸素原子は酸素分子に、水素原子は水素分子になった方が安定なので
彼らは分子の状態で存在することになるでしょう。
これが2500℃に達すると、酸素分子にせよ水素分子にせよ
運動エネルギーがその共有結合に打ち勝つためプラズマ状態になります。
例えばこんな感じで、実際には三態を超えて状態は変わりますが、
遠い昔そこまでの温度を実現することができなかったため、
「三態」という言葉が便利な言葉として残っているわけです。

でも、実際そんな特別な状態だけでもなく、
この三態は曖昧なことが多いです。
液体と気体の境界というのは極めて曖昧です。
液体水と液体窒素とでは同じ「液体」に分類していいのか
はばかられるくらい分子間の相互作用が違います。
更には同じ固体でも金属とダイヤモンドでは全く結合様式が異なり、
我々が固体と認識しているガラスは液体としての性質が強いなど、
「三態」といっても全然違う状態を漠然と指すことが多いです。

そこで、量子力学でおなじみのシュレディンガーなどは
What is life?という本で「ロンドン力で結合する物質と、
それ以外の物質とに分けた方がよほどスッキリする」
といった感じのことを書いていたと思います。
大昔に読んで、手許にその本がないので曖昧ですが。

お礼

物質によりおおきな違いがあるんですね。勉強になりました。
生命とは何か : 物理的にみた生細胞 / E.シュレーディンガー著 ; 岡小天, 鎭目恭夫譯
ちょっと気になる本ですね。
ありがとうございました。

回答No.2

swisszh

1) スイスに住んでいて今１７時１５分頃そこは一時過ぎでしょう。もう寝たら　２）自然のシンプルな分子の物性がそうなので、このような３体は、ものが同じなら、条件が同じなら、何回もくりかえされるし、そして、その物性（気体なら）は気体の物性を、温度が下がり、液体になると液体の物性を示し、融点以下では、固体の物性をしめすのです。気体、液体、固体の物質の性質（物性）はいろいろありますが、光の透明性、熱伝導、粘性、等々随分違い、気体から液体になるところで性質がかわり、液体から固体になればまた性質が変わり（比例的にかわるのでなく、もっと極端に）。　３）H2O　を例にとると、氷の融解熱は約８０cal/g で、蒸発熱は約539cal/g で、固体の氷の比熱と液体の水の比熱の水蒸気の比熱もちがうが、０Ｃの液体も９９Ｃの液体もその比熱はそうちがいません。　４）超臨界状態などは、物理化学、物性科学のさらに発達したもので、シンプルな分子の基礎理論で、説明できなくなった域でしょう。　まずは基礎をよくまなんでから、　　GOOD LUCK

お礼

潜熱のことは忘れていました。極端な違いがあるんですね。ありがとうございます。
夜更かしには気をつけようと思います。

回答No.1

swisszh

1) 中学、高校、大学でも、物理化学の基礎を学ぶとあなたの始めに言う物質の３体（固体、液体、気体）がでてきます。温度、圧力、体積の変化で、シンプルな分子は色々な物性があらわされます。あなたの書いている説明で、基礎的に理解するといいでしょう。　　２）物質でも、シンプルな分子もあれば、多くのコンプレックスな分子がありますね。　コンプレックスな分子は、色々な原子でできていたり、ひとつ、二つの原子（でも多くの原子）でできている分子になると、３体（固体、液体、気体）になるようにはなりません。多くの高分子物質（合成、自然）などは状態（分子の動き）がもっと複雑ですし
気体などかんがえられません。多くは熱分解します。ものによっては、liquid crystal （液晶）状態になったりします。　大きな分子はその構造で、部分的な動きもでて、シンプルな分子に当てはまる　３体にはなりません。　３）ただ物理化学を理解するうえで、多くの科学者が長年にわたっての業績を、学ばねばなりません。物質の３体にあう理論は、シンプルな分子で、分子量がさて３００以上になると、すこしづつかわってきます。　４）　いまでは目の前に色々あり、インフォメーションも多くですが、基礎を学ぶことで、次が面白くなるのです。　　GOOD LUCK　、

お礼

こんばんは。ご回答ありがとうございます。先日、"室温で超えられる活性化エネルギー"でお答えくださった方ですね。毎度お世話になります。
高分子などの大きめの分子では3態にならないんですね。
ではなぜ水とか、メタンとかそういう分子は3態をとり、2でも4でもないのでしょうか。間の状態はないのでしょうか。swisszhさんを含め、ご存じの方、そのあたりのご回答をを引き続きお待ちします。