0001逢いみての… ★
2022/11/20(日) 00:30:08.63ID:CAP_USER水は液体であり、0度以下になれば氷となって固体になり、100度以上になって沸騰すれば水蒸気という気体となる。液体、固体、気体の3つが水の“相”ということになり、この相が関わることは相転移と呼ばれている。
https://tocana.jp/wp-content/uploads/2022/11/liquidwater1.jpg
「Big Think」の記事より
しかしこの相の中にもざまざまな状態があり、固体である氷は実は15種類に分類できるという。
我々が一般的に扱っている氷は氷Ih相（こおりいちエイチそう）として知られており、水の分子が六角形の繰り返しのパターンで配置されている。
しかしさらに温度をマイナス100度まで下げると、氷の結晶の分子は新しいパターンである立方体の格子に再配置され、氷Ic相となる。
さらに冷やし続けると原子は再び再配置され、氷XI相が形成され、斜方晶と呼ばれる結晶構造を持ち、各辺の長さが異なるように伸びた立方体となる。そして今後は圧力をかけると、さらに異なる種類の氷の結晶が得られ、こうして氷は全部で少なくとも15の個相（物質が固体となっている状態）の種類に姿を変え得る。
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「Big Think」の記事より
これは珍しいことではなく、ほとんどの化学物質には複数の個相があり、温度と圧力を変えることで、原子と分子を強制的に異なる方向に向けることができるのだ。ある個相と別の個相の特性が似ている場合もあり、非常に異なる場合もある。
わかりやすい例としてスズ（錫）がある。室温で1気圧下のスズはβ (ベータ) 固相にあり、柔らかいものの脆くない光沢のある金属である。しかしこのβスズが十分に冷やされると、α（アルファ）スズに変化する。αスズは、重力で粉々に砕けるほど弱い非金属になるのだ。
このように水の固体状態は複数あるのだが、水の液体状態についても同じことが言えるのかどうかは微妙で、今のところは実験で液体の水の別の“液相”を再現することもできないようだ。
面白いことに液体の水は4度まで冷やすと収縮して最も密度が高くなり、そこから凍り始めると膨張して軽くなっていく。 このように温度と密度が一致しないというのは物質全般の中でもかなり珍しい性質なのだ。
そして今月「Nature Physics」に掲載された論文は、このように珍しい物質であるからこそ、液体の水にはオルタナティブが存在する可能性を示唆している。
研究チームは水分子を数学的に分析する方法を編み出し、液体状態で絡み合う水分子をシミュレーションした。シミュレーションで圧力を上げて水分子を互いに近づけると、分子の塊の中でねじれた結び目や連結した鎖のように振る舞うグループがいることを発見したのだ。
これらの形状のグループは基本的な構造を壊すことなく、伸びたり、曲がったり、動き回ったりすることができた。チェーン状の2つのリンクは引き裂かれない限り、移動したり伸びたり縮んだりしても、結合されたままであったのだ。抽象数学の専門用語では、この種の形状とその特性の研究はトポロジー（位相幾何学）として知られている。
液体の水では水分子は一般的に自由に動き回っているのだが、水分子がトポロジー形状のように結合された高密度の形に圧縮されると、液体の水の新しい相が形成される可能性があるという。
続く
以下ソース
https://tocana.jp/2022/11/post_243599_entry.html
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