空気を極限まで圧縮すると…

質問

空気は圧縮すると、熱を持ちますよね？

「空気」＝「窒素＋酸素」と仮定すると、
窒素や酸素を圧縮すると熱を持ち、温度が高くなるということでしょうか？

そして、超圧縮状態で高温となった窒素や酸素は、その温度下にて逆相転移が発生するのでしょうか？
（液体になったり固体になったり）

でも、窒素って冷やさないと液体にならないですよね・・・？
なんだかよくわかりません。

回答No.3

rnakamra · ベストアンサー

#1のものです。
>固体になるのに温度条件は無いのでしょうか？
>温度条件に当てはまらなければ、相転移が起こらず、
>「密度が高く高温となった気体」状態のままなのでしょうか？

ヘリウム以外の気体は確か圧をかければ固体になるはず。ただ、計算はできてもたぶん実験で実現させるのは無理だろう。(圧をかけられる容器が存在しない。ダイヤモンドでも無理)

なお、液体にならないというのはさすがに言いすぎで、実際には液体状にはなります。気体から液体への相転移が起こらず密度等が連続的に変化していくのです。ここのところは修正しておきます。

お礼

なるほど、ありがとうございます。
圧をかけ続けていけば、理論上はどんな物質も最終的に（温度関係なく）固体になるのですね。

回答No.5

Tacosan

「室温を保ったまま加圧のみによって固体化した物質は、減圧してもあるていど固体の状態を保っていられるのかなぁ。」の「あるていど」がどの程度なのかわかりませんが....

基本的には「物質の状態 (固体・液体・気体)」は温度と圧力で決まるので, 「温度を室温に保ったまま加圧して固体にしたもの」は, 減圧すると固体から液体ないし気体になりますよ. そして, その変化が起きる圧力は「加圧していったときに固体になった圧力」と一致します. これは氷であろうと水銀であろうと同じことです.

お礼

ありがとうございます。

少しずつ圧力をかけて押し固めて「固体化」した状態から、
一気に圧を解き1気圧の状態に戻した場合、
一気にバシャっと液体や気体に戻るのか、
少しずつ溶ける（蒸発する）ように相転移するのか、
そこらへんに興味があります。

回答No.4

Tacosan

外部と熱のやりとりをしない断熱圧縮では, (2原子分子の場合) 絶対温度は体積の 0.4乗に反比例します. つまり, 「窒素や酸素を圧縮すると熱を持ち、温度が高くなるということ」になります.

で, たぶん「温度を室温に保ったまま圧力をかける」ということにすればほとんど全ての物質を固体にすることができると思います. #3 同様ヘリウムは確認できていないんだけど, 例えば酸素だと 6 GPa (6万気圧) くらいまでかければ固体 (β相) にすることができます. 10 GPa で ε相に相転移, さらに 100 GPa 前後で金属的な性質を持つ ζ相になります.

ただし「温度を室温に保ったまま」というのが重要で, 断熱圧縮では温度があがりつづけてしまうためここまで圧力をかけても固体にはならないと思います. 1気圧, 300 K の酸素を 6万気圧に断熱圧縮するとおよそ 2.4万 K.

お礼

ありがとうございます。
室温を保ったまま加圧のみによって固体化した物質は、
減圧してもあるていど固体の状態を保っていられるのかなぁ。
氷みたいに。

回答No.2

sailor

完全な断熱圧縮であれば温度がドンドン上がっていき、際限なく圧縮すればやがて核融合が起こるでしょう。まぁ、人工的にやることは不可能ですけどね。まったく放熱がない状態では相転移は起こらないでしょう。

お礼

なるほど、
窒素同士、酸素同士、または窒素と酸素が核融合した結果、
どんな物質になるのでしょう？

回答No.1

rnakamra

気体を圧縮すると温度が上がるのは、外から仕事を受けて内部エネルギーが増えたからです。
ゆっくり投げられたボールをバットでたたくとボールの運動エネルギーは大きくなります。ボールが気体分子、バットが押している壁と考えればよいでしょう。
受け取った仕事分を熱として外に逃がしてやれば温度はあがりません。

気体を圧縮して体積を減らしても特定の温度以上の温度では液化しません。ただ、とてつもなく圧力が高いと液体を経由せずに固体に相転移することはあります。

窒素や酸素の場合、液体にするにはかなり低い温度にしないと圧力を加えても液化しません。
そのため圧縮と冷却を行います。
二酸化炭素だと液体の上限温度が30℃くらいなので圧縮した気体を室温程度まで冷やせば容易に液化します。

お礼

ありがとうございます。
ひとつ教えて下さい。

＞気体を圧縮して体積を減らしても特定の温度以上の温度では液化しません。ただ、とてつもなく圧力が高いと液体を経由せずに固体に相転移することはあります。

固体になるのに温度条件は無いのでしょうか？
温度条件に当てはまらなければ、相転移が起こらず、
「密度が高く高温となった気体」状態のままなのでしょうか？