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分子レベルでは、物質が凍結するとどうなりますか?

分子レベルでは、物質の凍結は、力とエネルギーの相互作用によって駆動される魅力的なプロセスです。これが故障です:

1。障害から注文まで:

* 液体状態: 液体の分子は比較的遠く離れており、自由に動き回り、常に互いに衝突します。 それらはかなりの運動エネルギー(運動のエネルギー)を持っています。

* 凍結: 液体が冷えると、その分子は運動エネルギーを失い、減速します。通常、一時的な魅力のみを引き起こすだけで、今ではより弱い分子間力(ファンデルワールス力や水素結合など)が強くなります。

* 結晶化: 分子は、クリスタル格子と呼ばれる高度に秩序化された繰り返しパターンに身を置き始めます。この構造は、システムのポテンシャルエネルギーを最小限に抑えます。

2。分子間力の役割:

* アトラクション: 分子間の分子間力の強度は、物質の凍結点を決定します。 より強力な力は、より高い凍結点につながります。たとえば、水は、その分子間の強い水素結合により、比較的高い凍結点を持っています。

* 格子形成: 結晶格子内の分子の特定の配置は、分子間力の種類と強度によって決定されます。異なる物質は異なる結晶構造を形成します。

3。エネルギーの変化:

* 発熱プロセス: 凍結は発熱プロセスであり、状態を変えると熱が物質から放出されることを意味します。この熱は、液体状態の分子内に以前に保存されていたエネルギーです。

* 融合のエンタルピー: 凍結中に放出される熱の量は、融合のエンタルピーと呼ばれます。同じ量の物質を溶かすのに必要なのは、同じ量の熱です。

4。例:

* 水: 水分子は、水素結合をまとめて六角形の結晶格子を形成します。

* 金属: 金属原子は、しっかりと詰め込まれた通常の格子に自分自身を配置します。

* ガス: 窒素や酸素のような多くのガスは、非常に低い温度で液体になり、固体になります。

5。例外:

* アモルファス固体: ガラスなどの一部の物質は、結晶格子を形成せずに凍結します。彼らの分子は可動性が低くなりますが、通常のパターンで自分自身を配置しないでください。

* スーパークーリング: 特定の条件下では、液体を凍結することなく凍結点の下に冷却できます。これはスーパークーリングと呼ばれ、メタスト可能な状態です。

本質的に、凍結は物質の分子挙動の劇的な変化です。分子は、障害のある高エネルギー状態から、分子間力の強度と熱エネルギーの放出によって駆動される、高度に秩序化された低エネルギー状態になります。

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