凝固

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凝固(ぎょうこ)とは、物理化学液体固体になるプロセスのこと。

相転移の一つ。融解と対をなす。また、凝固が起こる温度を凝固点と呼ぶ。の場合は氷結と言う言い方のほうが一般的である。純粋に温度変化によって固体に変化することを凍結と言う。ヘリウムを除く全ての液体が凍結することが知られており、絶対零度下でも凍結しないものは高圧をかけなければ凍結しない。多くの物体では凝固点融点が同じ温度であるが、物によってはまちまちであり、寒天は85度でとけだし、40度から31度で固まる。

化学変化によってコロイド溶液ゲル化するなどして固化することや、タンパク質のコロイド溶液が凝集したり熱変性によって固まることなども凝固と呼ばれる。揚げ油を廃棄の為にゲル化剤を用いて固体にすることや、牛乳にレモンを入れるとタンパク質が沈殿することがこれにあたる。

結晶化[編集]

多くの液体は結晶化で凝固し、結晶質の固体の構成は液体の均一化によって起こる これは第一熱力学相転移であり、これは固体と液体が同じくらい長く同時に存在することを意味し、この温度のつりあいシステム融解点との温度が等しく、一定であることを表す。結晶化は主に凝結と結晶の生成の二つの作用を持ち、凝結は結晶に分子が集まる段階であり、分子がきっちり整列し、周期的な様式であり、結晶の分子を定義する。結晶の精製は凝縮のあとに起こり、この後結晶は大きく育っていく。

過冷却[編集]

熱力学の第二法則にもかかわらず、高運動エネルギーで均等に凝縮したために純粋液体の結晶化が融解点と異なる点で行われることがある。これを過冷却と呼ぶ。

この状態は固体と液体との境界面の構造である。外部の温度が低いと、中心となる部分のエネルギーを外部に開放するだけの表面エネルギーをまかなえず凝結は前進しなくなる。この場合安定凝結になるためには充分なエネルギーを供給できるほど低温であるか、外部からの刺激要因がないと凝固がはじまらない。それらの要因として、固体、不純気体、固体の結晶化前、その他の凝縮のようなものの表面での不規則の存在によって、雑多な凝縮が起こるかもしれず、何らかのエネルギーが解放され部分的な境界面の破壊が起こると、そこから表面エネルギーを得て過冷却が起こる点は融解点に近くなる。

水の標準気圧での融解点は0℃付近であり、一般的には凝固点もそれに非常に近い、しかし、-42℃付近までは過冷却を見せる。高気圧下(2000気圧)では-70℃付近まで過冷却を見せる。

ガラス化[編集]

硝子グリセロールなどの一定の物質は結晶化なしに硬質化する。これをガラス化と呼び、このようなプロセスで生成される物体無定形固体と呼ばれる。

無定形の物体はポリマー物体と同様に上手く凝固点で凝固できず、特定の温度で急激に変化することはない。その代わり融点付近の温度範囲で粘弾性の特徴である緩やかな変質をおこなう。これらの物体はガラス転移点で特徴付けられ、変異点に節がなく緩やかなS字を描く。

関連項目[編集]