物質の状態は，気体・液体・固体の３態に分類できることは，１学年で習う化学の基本です。それぞれの状態のときの物質を構成する粒子のミクロなふるまいは，教科書でもくわしく解説されているのでイメージしやすいかと思うのですが，改めて考えてみると，物質を肉眼のスケールで観察するときの３態の明確なちがいは，具体的な説明が難しいことに気がつくと思います。特に，ゼリーやスライムのようなものも存在する，液体と固体の明確なちがいはどこにあるのでしょうか？ 実は，固体と液体は明確に分けられるわけではなく，観察する時間スケールや外からの力によって変化する，というのが，この問いへのひとつの解答となります。固体は分子間の結合が強く，形を保持する力が強いのに対し，液体は分子間の結合が弱く，自由に流動します。しかし，ガラスやアスファルトなどの物質は，長期間ではわずかに流動する性質をもつため，絶対的な固体とは言えません。このような特徴を研究するのが「流動学」という学問分野であり，この分野では，物質のねばりけや弾性を分析し，固体と液体の中間的な性質の評価を行います。 この視点から，『猫は液体か？』というユーモラスな問いが科学的に分析されました。フランスの物理学者ファルダンは，猫のリラックス時間（形を変えて落ち着くまでにかかる時間）を流動学でいうところの緩和時間とみなし，観察時間と比較して計算したところ，猫は液体と解釈できるふるまいをする，という結論が得られました。すなわち，導き出された結論は，“猫は状況次第で，液体としても固体としてもふるまう性質をもっている”となります。ファルダン氏の研究は，このユーモラスな着眼点と議論の正当性が評価され，2017年にイグノーベル賞を受賞しました。 論文リンク

「液体を加熱するときは，安全のため，必ず沸とう石を入れて加熱します。」 「コーラにメントスを入れると，大量の泡が一気にふき出します。」 一見すると無関係なこの２つの事例は，実は密接に関係しています。 まず，液体の加熱のときに沸とう石を使う理由を考えていきましょう。沸とう石は，特別な材質ではなく，素焼きのかけらやガラスなどが使用されています。これらの物体には，表面に無数の小さな孔（あな）が開いているという共通点があり，このような物体を多孔質といいます。多孔質の孔にふくまれる空気は，液体中でごく小さな気泡となり，液体の温度が沸点まで上昇したときに，液体の中で発泡をうながす核としてはたらきます。つまり，沸とう石が入っていることで，加熱された液体はスムーズに沸とうを起こすことができるのです。逆に，発泡の核となるものがほとんどふくまれていないようなときには，液体の温度は沸点を超えて上昇し，過加熱とよばれる状態になることがあります。この状態で，たとえば液体に衝撃が加わったり，核となる小さな気泡が液体中に生じたりすると，一気に沸とうが起こります。こうなると，沸点以上に加熱された熱い液体を周囲に激しくまき散らすことがあり，非常に危険です。これを防ぐため，教科書には，液体を加熱する際には必ず沸とう石を入れるように注意書きが載っています。 一方，コーラにメントスを入れると泡がふき出す，“メントスコーラ”とよばれる現象はどのように起こるのでしょうか。実はメントスを電子顕微鏡で見ると，表面にごく小さな孔が観察でき，多孔質としてはたらくことがわかります。そのため，沸とう石のしくみと同じように，メントスの孔にふくまれる空気は，コーラに入ると小さな気泡となり，泡の生成をうながす核としてはたらきます。この泡の生成が一気に起こるため，コーラからはまるで噴水のように大量の泡がふき出すこととなるのです。つまり，コーラに多孔質が入りさえすれば条件を満たすため，沸とう石をコーラに入れても，メントスのように多量の泡がふき出します。このようなしくみで起こっているため，メントスコーラ現象は，メントスとコーラにふくまれる物質の化学反応であるという理解は，一般には誤りといえます。ただし，他の炭酸飲料やキャンディを組み合わせても，メントス×コーラほどの発泡は起こらないため，ふくまれる合成甘味料が化学的にはたらいているという考察もなされているようです。 実験で沸とう石を扱うときには，ふき上がるコーラの泡に思いを馳せてみるのもよいかもしれません。 論文リンク 動画リンク

氷の上で物体が滑りやすくなる理由について，たとえばスケートでは，靴のエッジによって高い圧力や摩擦が生じ，氷の表面がとけて薄い水の層ができているから…のような説明を聞いたことはないでしょうか。この説明は直感的でわかりやすいものですが，実際にくわしく調べると，表層で水がとけない－30℃以下のような低温であっても，氷の上では滑りやすいことが確認されます。そのため，本当の原因は，実は不明なままでした。 北京大学による最新の研究によって，氷の表面には，低温でも液体の水のようにふるまう分子が存在することが判明しました。この成果により，かつてファラデーが提唱した「氷表面の水分子層」の存在が正しかったことが証明され，圧力説や摩擦説だけでは説明できないことが改めて明らかになったのです。研究者たちは原子間力顕微鏡を用いて，－123℃の氷の表面を精査し，氷の結晶構造中に無秩序な水分子のようにふるまう層が存在することを確認しました。この分子層こそが，氷を滑りやすくする要因だったのです。さらに温度が上昇すると，この無秩序な層が広がり，氷の全面をおおうようになることもわかりました。今回確認されたこの特殊なふるまいをする水分子の層は「準液体層」とよばれ，氷の滑りやすさは，この準液体層の分子構造によるものであることが判明しました。 今回の事例は，きわめてシンプルにもかかわらず，これまでの理論では説明しきれなかった現象に光を当てた研究として高い価値があるといえます。 もと記事リンク（外部サイトに繋がります。公開から時間がたつと繋がらない場合があります）

アジアでは，揚げ物を作る際に「熱した油に濡らした菜箸をつけて温度を測る」ということが広く行われていますが，意外にも，その現象を科学的に説明する研究はなされてきませんでした。 そこで，高感度のマイクと高速度カメラを用いて，湿らせた菜箸などを高温の油に入れたときの反応を記録したところ，油の中で生じた泡による空洞が非常に複雑な物理現象を引き起こし，条件によって泡の出方や生じる音響がさまざまに変化していることが分かりました。実験を行ったヂャオ・パン（Zhao Pan）教授は，「目と耳によるこのシンプルな測定は誤差約5～10%の範囲で正確。揚げ物をする際の通常の温度が150℃以上であることを考えると悪くない」と述べています。 もと記事リンク 論文