以下の活動は中高生を対象にしていますが、より上級の小学生がアプローチできる内容もあります。 また、このページは高レベルの生徒のための優れた復習にもなります。
地球上のすべてのものは、物質の4つの状態（相）-固体、液体、気体、プラズマ-で説明することができます。
固体の特性とは何でしょうか。
固体相の物質は比較的硬く、一定の体積と形を持っています。
固体を構成する原子や分子は互いに密着しており、圧縮することはできません。
すべての固体はいくらかの熱エネルギーを持っているので、その原子は振動する。 しかし、この動きは非常に小さく、非常に速いので、通常の条件下では観察することができない。
固体の種類にはどのようなものがありますか？
結晶性固体には4つの種類があります–
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イオン性固体–これらの物質は明確な融点を持ち、イオン結合を含んでいます。 例としては、塩化ナトリウム（NaCl）などがあります。 塩の結晶の 3 次元構造を見ることができます。 |
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分子固体は、分子の繰り返し単位で表現されます。 例としては、氷が挙げられる。 氷の3次元構造を見る。 |
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非晶質固体
非晶質固体は、明確な融点や規則的な繰り返し単位を持たない。 非晶質固体とは、結晶性固体と異なり、原子の位置の長距離秩序が存在しない固体のことである。 非晶質固体の例としては、窓ガラスが挙げられる。 さらに、ポリスチレンなどの多くのポリマーはamorphous.Amorphous固体は、2つの異なる状態、「ゴム状」の状態と「ガラス状」の状態で存在することができます。 非晶質固体は、「ゴムのような状態」と「ガラスのような状態」の2つの異なる状態で存在することができ、ガラス状態とゴムのような状態の間を移行する温度はガラス転移温度またはTgと呼ばれています。
固体に関する興味深いメモ。 質量が全くないことは不可能であるが、エアロゲルはかなりそれに近いと思われる。 エアロゲルは最も軽い固体で、密度は1.9mg/cm3または1.9kg/m3（水より526.3倍軽い）です。 エアロゲルは、直径50ナノメートル以下の孔を持つオープンセルポリマーで、フローズンスモークと呼ばれることもあります。
液体の特性は？
液体は粒子が触れるという点では固体に似ています。 しかし、粒子は移動することができます。
粒子が触れることができるので、液体の密度は固体に近くなる。
液体分子は動くことができるので、容器の形になります。
液体特有の性質とは？
粘性 –液体の流れに対する抵抗力を粘度といいます。
表面張力 –液体の分子間の引力の結果、液体の表面が張力を受けて薄い弾性膜として機能します。
蒸気圧 — ある温度で固体または液体がその蒸気と平衡状態にあるときに発揮する圧力のこと。
沸点 — 蒸気圧=大気圧のとき。
気体の性質とは
気体には明確な体積や形がありません。 制約がなければ、気体は無限に広がります。 閉じ込められたら、容器の形になります。 これは、気体の粒子が引力に打ち勝つのに十分なエネルギーを持っているからです。
第4の物質の状態とは？
第4の物質の状態はプラズマである。 プラズマは電離した気体で、原子や分子から電子を解放し、イオンと電子の両種が共存できるような十分なエネルギーが供給された気体である。 プラズマは、陽子、中性子、電子の雲であり、すべての電子がそれぞれの分子や原子から解放され、原子の束としてではなく、全体として作用する能力を持つようになったものである。 プラズマは宇宙で最も一般的な物質の状態で、目に見える宇宙の99％以上と、目に見えない宇宙の大部分を構成している。 プラズマは自然界に存在し、太陽や星の核、クエーサー、X線パルサー、超新星などに含まれている。 地球上では、炎、稲妻、オーロラなどにプラズマが自然に発生している。 宇宙空間のプラズマは密度が非常に低く、例えば太陽風は1立方センチメートルあたり平均10個しかない。 このため、粒子間の衝突は起こりにくく、無衝突プラズマと呼ばれる。
And now a fifth state — Bose Einstein?
原子が単一の量子状態に崩壊することは、ボーズ凝縮またはボーズ-アインシュタイン凝縮として知られており、現在では物質の第5の状態と見なされています。 これは、超低温で、原子がまったく動いていない状態に近い状態で発生する。 ボーズ-アインシュタイン凝縮は、絶対零度に近い温度まで冷却された原子が形成する気体状の超流動相である。 1995年、コロラド大学ボルダー校のエリック・コーネルとカール・ウィーマンは、ルビジウム原子を170ナノケルビン（nK）に冷却した気体を用いて、この凝縮体を初めて作り出した。 –このような条件下では、原子の大部分が最も低い量子状態に崩壊し、超流動状態となる。 この現象は、ボースとアインシュタインによって1920年代に予言された。ボースは光子の統計力学を研究し、それをアインシュタインが定式化・一般化したのである。