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🔋C1 Laboratory
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🔋C1 Laboratory
化学的には、原子が格子点に固定されている状態。
材料的には、応力で変形しない剛体。変形しても元の形に戻る弾性体。
粉体は、固体と 気体の不均一混合物です。 懸濁液 は分散媒を液体、分散質を固体とするコロイド溶液です。 スラリーは、固体が液体と混合し泥状になった不均一混合物です。粉体、 懸濁液 、スラリーは、流体にもなり、ポンプ輸送ができます。スラリーから液体を分離するには、乾燥や濾過の 単位操作を行います。
| 状態 | 密度 | 粘性／弾性 | 物質（材料）の例 | コメント | |
|---|---|---|---|---|---|
| 超臨界流体 | 密度大 | 粘性 小 | ボンベの中、火力発電の ボイラー、ハーバーボッシュ法の反応器 | ||
| 気体 | 密度小 | 粘性 小 | 🏞 空気 水素 アンモニア 蒸気 | ||
| 液体 | 密度大 | 粘性 大 | 水、海水 石油 スラリー | ||
| 固体 | 密度大 | 弾性 |
金属材料
鉄鋼
非鉄金属（銅・
アルミニウム）
石炭 セラミックス（ガラス、 陶磁器） 木材 プラスチック |
材料として使う |
気体や液体のような 流体は、備蓄や輸送にタンクやパイプの設備を必要とします。
レオロジー液体を気体にしたり、気体を液体にするには、加熱や加圧と言った、 単位操作が必要です。 たとえば、水から温水や水蒸気を作る ボイラーで加熱します。
👨🏫 化学エネルギーから化学エネルギーへの変換
固体では たくさんのエネルギー準位の 軌道 から バンド が 形成されます。 バンドには、固体全体に非局在化した伝導帯と 原子核周辺に局在化した価電子帯があります。 伝導帯のエネルギー準位の軌道に電子が存在すると、 電子の負電荷と原子核の正電荷がクーロン力引き合い 金属結合になります。 原子核周辺に局在化したアニオンとカチオンがクーロン力で引き合うとイオン結合になります。
固体の結晶の対称性は、空間群 で表現されます。
| 固体 | 液体 | 気体（真空） | |
|---|---|---|---|
| 固体 |
面接触（例：
ｐｎ接合） 線接触（三相界面 ）（例：正極合材、 局部電池） 点接触（三相界面 ショットキー接触 ）（例：固体電解質、 炭素導電助剤粒子 ） |
固液界面 （例：サスペンジョン） | 表面 粉体 |
| 液体 | 固液界面 （例：電極と電解液） | 液液界面 （例：エマルション） | 気液界面 （ 表面 ） |
| 気体（真空） | 粉体 表面 | 気液界面 （ 表面 ） | （混合） |
物質は、 様々な状態をとります。 界面や表面 は、ある材料の相と異なる材料の相が接するところです。
電池の内部抵抗は、バルクと界面との両方から生じます。 また電池の活物質は 三相界面 で反応が進行します。
固体は、形状が決まっているので、接触界面に多様性がある。 また、固体の表面は、バルクとちがって、さまざまな 欠陥があります。
接触抵抗 内部抵抗| 状態 | 物質 | 物体 | 備考 |
|---|---|---|---|
| 気体、 液体、 流体 | 塩素、 🏞 鉄、 🜠 銅、 アルミニウム、 酸素、 グラファイト、ダイヤモンド、硫黄 など | ||
| 固体 | 粉体、粒体、 繊維 | ０次元 | 砂 |
| 糸 縄 | １次元 | ||
| テキスタイル | ２次元 | 紙、布（織物、編物）、箔 | |
| ３次元 | インゴット、スラブ | ||
| ３次元 | 衣服、ファブリック、 鋳物、 🚂 自動車 |
工業製品 には、 物体（object）として形や構造が 機能 するものと、形や構造に関係なく 物質 (substance,material,matter)として 機能 するものがあります。 資源から廃棄物までの サプライチェーンの流れで、物質が変わってゆきます。
気体や液体を原料、固体を 材料と区別することもあります。
応力によって変形する気体や液体は流体と言います。
物体の 寸法を表現するには、幅、高さ、奥行きや、直径、断面積などが使われます。 物体の量は 計数値として数えることができます。
🚂 汎用品 物体| 分野 | 相 （ 状態 ） | 🏞 原料 | 🚂 製品 | 環境 | |
|---|---|---|---|---|---|
| 無機工業化学 | 気体 | 🏞 空気 ( 大気 ) | アンモニア・ 🚂 肥料・酸素 | 地球温暖化ガス | |
| 液体 | 🏞 水資源 ・ 🏞 海水 | 食塩・ 苛性ソーダ・ 塩素・ 水素 | 排水 | ||
| 固体 | 鉱物 |
金属（
🚂
鉄鋼
アルミニウム ）・セラミックス 🏞 フロン * |
|||
| 有機工業化学 | 気体 | ＬＮＧ | 水素・ エチレン フロン | ||
| 液体 | 🏞 石油 | 水素・ エチレン ・酢酸ビニル | |||
| 固体 | 石炭 | 水素・ 鉄鋼 炭素材料 |
| 金属材料 | 非金属材料 | 複合材料 | ||
|---|---|---|---|---|
| 鉄鋼材料 | 非鉄金属材料 |
セラミックス ガラス |
||
|
炭素鋼
合金鋼
鋳鉄
鋳鋼
|
金・銀
・
銅
マグネシウム
ニッケル
チタン
🏞
亜鉛
|
繊維強化プラスチック
繊維強化金属
金属強化セラミックス
|
||
製品の源になる 固体を材料と言います。 材料は、その材質の違いにより金属材料と非金属材料に分類されます 3 ) 。
狭い意味で、材料といったとき、常温常圧で固体の 状態の 物質を指すことがあります。
純物質としての 金属は、柔らかすぎるので、混合物の合金が使われます。広い意味での混合物の固体材料を複合材料と呼ぶことがあります。
機能性材料と 建築材料があります。 機能性材料には、 良導体、絶縁材料、誘電材料、 磁性材料、半導体材料などがあります。
| 物理量 / 単位 | 説明 | 応用例 | |
|---|---|---|---|
| 質量 m | 天秤で 計測 します。 | ||
| 物質量 n | 物質量を直接計測するのは困難なので、 固体や 液体は、質量を 計測 し、式量から換算します。 液体や 気体は、体積を計測 します。 | ||
| 分率 ni | |||
| ⚖️ 圧力 p,P | 圧力計で 計測 します。 | ||
| 温度 T | 温度計で 計測 します。 | ||
| 体積 V | 液体は、液位を液位計で 計測 します。 | ||
| 熱量 q | |||
| 比熱容量 CV | |||
| エンタルピー H | |||
| エネルギー E,U | |||
| エントロピー S | |||
| ⚖️ ギブス自由エネルギー G |
|
熱力学は、 平衡論です。
| 分野 | 相 （ 状態 ） | 🏞 原料 | 🚂 製品 | 環境 | |
|---|---|---|---|---|---|
| 無機工業化学 | 気体 | 🏞 空気 ( 大気 ) | アンモニア・ 🚂 肥料・酸素 | 地球温暖化ガス | |
| 液体 | 🏞 水資源 ・ 🏞 海水 | 食塩・ 苛性ソーダ・ 塩素・ 水素 | 排水 | ||
| 固体 | 鉱物 |
金属（
🚂
鉄鋼
アルミニウム ）・セラミックス 🏞 フロン * |
|||
| 有機工業化学 | 気体 | ＬＮＧ | 水素・ エチレン フロン | ||
| 液体 | 🏞 石油 | 水素・ エチレン ・酢酸ビニル | |||
| 固体 | 石炭 | 水素・ 鉄鋼 炭素材料 |
