材料には、固体、液体、気体の形態があります。 これらの形態のそれぞれは、物質の相として知られています。 その各段階で、物質の粒子は非常に異なった振る舞いをします。 物質は、相転移と呼ばれるものを介して、ある相から別の相に変化する可能性があります。 これらの相転移は主に温度変化の結果です。
固体
材料が固相にあるとき、分子はしっかりと結合しています。 ソリッドの形状と体積は通常固定されています。 粒子を互いに引き付ける力は、固体では特に強く、特定の位置で粒子を互いに近づけます。 これは、固体がバラバラになったり圧縮されたりするのを防ぐのに役立ちます。 固体材料の密度は、低温で増加します。 温度が低いほど、粒子の振動が弱くなり、粒子がさらに密に詰まります。 固体は、粒子が幾何学的なパターンで密に配置された結晶として分類することも、アモルファス固体として分類することもできます。 粘土などのアモルファス固体の結晶は、より緩くランダムに配置されているため、材料の形状を変更できます。
液体
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その液相では、物質を構成する粒子はより自由に動くことができます。 この動きは、粒子が熱エネルギーを獲得することによって実現されます。 液体の形は、その容器の形によって決まります。 液体中の粒子は固体中の粒子ほど緊密に結合されていませんが、液体物質は圧縮できません。 液体粒子は固体粒子よりもエネルギーが高く、動き回ることができますが、他の粒子から特定の距離内でのみ移動できます。 それらをゆるく一緒に保持する引力はまだあります。 粒子は液体中でさらに離れているため、液相の物質の体積は固相の物質の体積よりも大きくなります。
ガス
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ガスの形状と体積は、その容器の形状と体積によって決まります。 ただし、固体とは異なり、容器に蓋がない場合、ガスは逃げます。 ガス中の粒子は、移動の自由度が高く、規則正しい配置ではありません。 これは、これらの粒子を互いに引き付ける力が気相では弱いか存在しないためです。 ガス粒子には大量の運動エネルギーがあり、粒子が動き回ったり互いにぶつかったりすると、粒子間を絶えず通過します。
遷移
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相転移は、大気圧の影響も受けますが、温度の変化によって起こります。 固体は、融点まで加熱されると液体になります。融点では、熱によって粒子の構造が緩んで液体になるのに十分なエネルギーが粒子に与えられます。 沸点では、熱は液体中の粒子に、液体の表面にある粒子が構造から逃げて気化し、気体として空気中に移動するのに十分なエネルギーを与えます。 大気圧が低いと、液体はより低い温度で沸騰します。 気体が液体になるには、粒子がエネルギーを失って凝縮するのに十分なほど冷却する必要があります。 液体の形を保持するのに十分なほど緊密な結合を形成します。 液体が固体になるには、粒子がほとんどエネルギーを持たず、非常に緊密な結合によって引き寄せられるように、液体を凍結する必要があります。