物体がくっついているとは、どういう状態なのでしょう

質問

物体がくっついているとは、どういう状態なのでしょうか。

たとえば二つ5cm×5cmの立方体の鉄があります。両手に持ち、面どうしを合わせます。すると二つの物体はくっつき、ひとつの直方体になりました。
しかし、左手を離すと直方体が割れ、右手に一つの立方体、地面にもうひとつの立方体となりました。
左手に持った立方体を両手で持ち、引っ張っても割れたりしません。
でも、二つの立方体をくっつけて、引っ張ると容易に離れます。

くっつくとはどういう事なのでしょうか？二つの立方体をくっつけたときは、人にはくっついてひとつの直方体に見えても細かく見ると間に隙間などがあるから簡単に離れてしまうのでしょうか？
ということは原子単位で滑らかな面の立方体同士を合わせたらくっついてひとつの直方体になり、引っ張っても離れないのでしょうか？

回答No.7

freulein

ANo.5です。面白いご質問なので別の角度から申し述べます。ガリレオの新科学論議の一部だったと思います。
物質が原子で出来ていることが自明でなかった頃の話です。物体内のある断面を考え、これが破壊するつまりこの断面の間隔を少し広げる力を考えようとするものです。原子という要素はなく、どこまでも小さく連続の物質を考えているのです。この断面には元来結合力というものが働いていないはずだとの立場から考えを進めます。
まず真空を生ぜしめる力を実測して１気圧相当分を得ました(詳細は略　実験助手はトリチェリーだったらしい)。結合力を考えない場合の物体の破断強さは1気圧ぶん(0.1N/cm^2)で全ての物質で同じ大きさのはずである。
現実の物体でこれ以上の破断強さを持った材料はいくらでもある、すなわち物体内のある断面には結合力というものが働いているはずだ。
ある断面の両側に結合力が働いているのであれば、結合しようとする主体すなわち原子のごとき微小粒子で物質が構成されているはずだとの認識を得ることに至ったということです。偉大な洞察力といえます。

回答No.6

sanori

こんにちは。

＞＞＞人にはくっついてひとつの直方体に見えても細かく見ると間に隙間などがあるから簡単に離れてしまうのでしょうか？

そのとおりです。
そして、２つの立方体の間に「隙間を埋める材料」をはさむとくっつく場合があります。
その「隙間を埋める材料」のことを、私達は「接着剤」と呼んでいます。

＞＞＞ということは原子単位で滑らかな面の立方体同士を合わせたらくっついてひとつの直方体になり、引っ張っても離れないのでしょうか？

これもまた、そのとおりです。
たとえば、完璧にとまではいかなくても、非常に良好な研磨を行った同じ金属元素の物体２個の平面同士をくっつけると、本当にくっつきます。
もちろん、接着剤なしでです。
いつだか、ＮＨＫ教育テレビの高校講座（？）でやってました。

私が住んでいるこの宇宙には、たった４種類だけの物理法則があります。
これを４つの「力」と言います。
宇宙が誕生したとき、最初は１つしかなかったものが、枝分かれで４つになったと考えられています。

１．重力
２．電磁気力
３．原子核に関する力その１
４．原子核に関する力その２

このうち、結合に関わるのは、２の電磁気力だけです。
まあ、天の邪鬼的に言えば、立方体の上に立方体を乗せれば重力により「くっつき」ますし、無重力空間で２つの立方体があれば２体の重力により「くっつき」ますけどね。

さて、電磁気力といえば、プラスとマイナスが引き合い、ＮとＳが引き合い、同じもの同士は反発しあう、ということを想像されると思いますが、ミクロ、いえ、もっと小さな世界になると、事情が違ってきます。
あたかも、マイナスとマイナスが仲良しになっているかのような様相を呈します。
それは、原子と原子が非常に近づくと、一方の原子の電子ともう一方の原子の電子が、２つの原子の空間を共同の場所として飛ぶようになるというものです。
ルームメイトとか共同浴場みたいなものですね。
それが電子にとって「快適」（＝エネルギーが小さい＝安定）なので、その共同の空間から離れまいとします。
それが「結合」です。

余談ですが、
こういうことを計算する物理学あるいは物理化学のことを「量子力学」とか「量子電磁力学」とか言います。
計算の中には、高校の２年か３年で習う「虚数」というのが、当たり前のように平気で出てきます。
福井謙一先生が「フロンティア電子理論」でノーベル賞を受賞しましたが、物理学賞ではなく化学賞です。
この辺りの話になると、物理と化学の区別があまりできなくなります。

回答No.5

freulein

非常に良いご質問です。金属を例に取ると判りやすいので先ず金属でお話します。
金属同士が電子の導通が生じるほどに接近すると、お互いの金属同士は「遅滞なく」完全にくっつきます。金属結合と言う結合様式でくっつきます。ただしこの金属表面は通常凹凸があって、よく磨いた積りの表面同士であっても見かけの接触面積の1/1000程度だけがくっついているだけです。大した結合強さとは認められないでしょう。よほど良く磨いた金属板(ブロックゲージなど)ではしっかりとくっついて引き離すことが困難となります。
自分の手で確かめましょう。釣具の鉛の重りを用意してこれを半分に切り分けます。断面を紙やすりでよく磨いて、手垢を付けないように注意しつつ、お互いを押付ながら摺り合わせます。互いの表面の凹凸が譲り合いをするからでしょうか、ある段階で突然二つの金属片がくっつくことが確認されます。このときのくっつき強さは押付力にかなりの割合で比例したものと測定されるそうです。
次に二つの鉛片の摺り合わせ面に手垢をちょっと付けて、同様の作業をしますと両者がくっつくことは困難です。金属－金属は結合力金属結合でくっつきますが、金属－手垢－金属では大した結合力は生じません。
金属と金属とはある切口で互いにずれた後で、再び接触させれば完全にくっつくと理解しましょう。
さらに次の段階を考察しましょう。金属を引っ張って、金属内のある断面でずれを与え、そこで徐荷すれば金属はいくらか伸びを生じて結合はもとのままです。つまり金属とは、幾つかの断面でずれを与えても再び「直ちに」金属結合を生じるので、「ずれ変形」を生じつつ外力に耐えることになります。金属が変形しやすくて強い理由が理解されることになるでしょう。

共有結合やイオン結合した物質では「ずれ変形」を生じた後に結合が回復するために相当の時間が必要、つまり変形すれば破壊しやすい物質であるということが理解できましょう。地下でずれ変形している岩石などではずれ変形の後に結合力の回復がゆっくり生ずるからであるとご理解ください。これ以上に結合力をお知りになりたいときには化学教科書の「結合力」をお読みくださることをお薦めします。

回答No.4

sailor

答えが出ているようですが、例えば表面を可能な限り平滑に研磨して二つの金属を押し付けたとしても、原子１個の大きさというようなレベルで見ると非常に凸凹な状態なのですよ。見た目にピッタリとくっついていいる様であっても、実は凸凹な面どうしを押し付けているに過ぎない状態です。確かに原子同士が密着した部分では結合による力が発生しますが、隙間だらけの状態でごく一部が接しているだけなので簡単に離れてしまうのですよ。

実際に非常に平滑に磨き上げた金属同士を強い圧力で押し付けると、簡単には離れないくらいに強く接合してしまいます。

回答No.3

E-gis_hc

ひとつの鉄の塊においては、鉄の原子が金属結合により結びついています。
接触しているだけのときは、塊の表面の原子どうしの間に金属結合が形成されていません。

固体がくっついている状態かどうかということは、
化学的な結合があるかどうかということになります。

回答No.2

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くっついていることを科学的には結合しているといいます。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%8C%96%E5%AD%A6%E7%B5%90%E5%90%88

圧力を加えたりして間の距離を減らせば、ファンデルワールス吸着が発生する。
もっと圧力を加え、分子間の距離を金属結合と同じ状態にすれば結局金属結合に
なってしまうと思う。

回答No.1

莽翁寒岩 一笠一蓑一杖（@krya1998）

両物体の接触する面に介在物がなく、周囲の空気が離れることを邪魔している状態というのかしら（文系の老人の頭です）。
　なお糊などの介在物でくっつける場合はまた別のことでしょう。
　曽って、平らな鉄板を上から爆発物で瞬間に密着させて接合する技術を聞いたことがあります。上からの圧力で間の空気と、双方の表面における異者性をなくして、同一とさせるのでしょうね。

　糊などでも接着は概して、ぬれるというプロセスがあるようですね。

　以上理数に弱い老人の考えたこと。