物質の状態
イオン、原子、分子などの粒子は密に詰まっている。粒子間に働く力は、粒子が振動する以外は自由に動けない状態にするのに十分強い。結果として、固体は安定で、定まった形と体積を持つ。ミクロに見れば、物質を構成する原子や分子がその平均位置をほとんど変えない状態である。固体が力によって形を変える時には、壊れたり切れたりする。力学的に言えば、一定の剛性率を持ち、体積圧縮率は小さい。
結晶では、粒子は一定の三次元構造をとって配列している。多くの異なった結晶構造が存在し、1つの物質が2つ以上の異なった結晶構造をとることもある。例えば、鉄は912°C以下では体心立方格子構造をとるが、912°Cから1394°Cでは面心立方格子構造をとる。氷には、温度や圧力によって15の異なった結晶形が知られている。
ストレンジ物質 (Strange matter) は、クォーク物質 (Quark matter) としても知られ、大きな中性子星の内部で実現していると考えられる状態である。一度形成されると、低エネルギー状態でも安定だと考えられる。
遷移金属の原子は非共有電子対の電子のスピンのためにしばしば磁気モーメントを持つ。ある種の固体では、異なる原子の磁気モーメントが揃うことによって強磁性を作ったり反強磁性を作ったりする。例えば鉄のような強磁性体では、磁性ドメインの中の原子の磁気モーメントは同じ方向に配向している。ドメインごとの配向も揃っている場合、外部の磁場が存在しなくても磁石の性質を示す永久磁石となる。磁化は、磁石がキュリー温度(鉄の場合、768度)まで熱せられると消失する。
反強磁性体は、同じ強さで反対向きの2つの磁気モーメントを持ち、互いに打ち消しあっている。例えば、酸化ニッケル(II)ではニッケル原子のちょうど半分ずつが反対向きの磁気モーメントを持っている。
フェリ磁性では、反対向きの2つの磁気モーメントを持つが、それらの強さが異なるために完全には打ち消しあわず、全体として磁性を持つ。例としては、異なった強さの磁気モーメントを持つFeイオンとFeイオンを含む磁鉄鉱がある。
物質の状態(ぶっしつのじょうたい、英語:State of matter)は、相の違いにより区別される物質の状態である。
歴史的には、物質の状態は巨視的な性質により区別されていた。すなわち、固体は決まった体積と形を持つ。液体は決まった体積を持つが、形は決まっていない。気体は体積も形も決まっていない。近年では、物質の状態は分子間相互作用によって区別されている。すなわち、固体は分子間の相互配置が決まっており、液体では近接分子は接触しているが相互配置は決まっていないのに対し、気体では分子はかなり離れていて、分子間相互作用はそれぞれの運動にほとんど影響を及ぼしていない。また、プラズマは高度にイオン化した気体で、高温下で生じる。イオンの引力、斥力による分子間相互作用によりこのような状態を生じるため、プラズマは「第四の状態」と呼ばれる。
分子以外から構成される物質や別の力で組織される物質の状態も、ある種の「物質の状態」だと考えられる。フェルミ凝縮やクォークグルーオンプラズマ等が例として挙げられる。
また、物質の状態は相転移からも定義される。相転移は物質の性質の突然の変化から構造の変化を示すものである。この定義では、物質の状態とは他とは異なった熱力学的状態のことである。水はいくつかの異なった固体の状態を持つといえる。また、超伝導の出現は相転移と関連していて、「超伝導状態」という状態がある。液晶や強磁性が相転移により特別の性質を持つのと同様である。