準安定性

物質の準安定状態（メタステートとも呼ばれる）は、固体の融解（または液体の凝固）、液体の沸騰（または気体の凝縮）、固体の昇華から、過冷却液体や過熱液気混合物まで多岐にわたる。極めて純粋な過冷却水は0  ℃以下でも液体状態を保ち、振動を加えたり凝縮種を添加することで結晶化中心が形成されるまでその状態が続く。これは大気中の雲粒によく見られる状況である。

準安定相は凝縮物質や結晶学ではよく見られる。これは二酸化チタンの準安定多形であるアナターゼの場合も同様で、表面エネルギーが低いため多くの合成プロセスで最初に形成される相であるにもかかわらず、常に準安定であり、ルチルがすべての温度と圧力で最も安定な相である。^{[ 1 ]} 別の例として、ダイヤモンドは非常に高い圧力でのみ安定相であるが、標準温度と圧力では炭素の準安定形態である。グラファイト（および残りの運動エネルギー）に変換できるが、活性化エネルギー（中間の丘）を克服した後でなければならない。マルテンサイトは、ほとんどの鋼の硬度を制御するために使用される準安定相である。シリカの準安定多形はよく観察される。固体ホウ素の同素体などの場合、安定相のサンプルを取得することは難しい。^{[ 2 ]}

DNA、RNA、タンパク質などのポリマーの構成要素間の結合も準安定状態にある。アデノシン三リン酸（ATP）は非常に準安定な分子であり、生物学において様々な用途に利用できる「エネルギーに満ちている」と俗に表現される。^{[ 3 ]}

一般的に、エマルジョン／コロイド系およびガラスは準安定状態にある。例えば、シリカガラスの準安定性は、 ^10⁹⁸年程度の寿命によって特徴づけられる^{[ 4 ]}（宇宙の寿命は約10⁹⁸年と考えられているのと比較すると）。1.3787 × 10 ¹⁰年)。^{[ 5 ]}

砂山は、急斜面やトンネルが存在する場合に準安定性を示すシステムの一つです。砂粒は摩擦によって積み重なります。大きな砂山全体が安定した状態に達することは可能ですが、たった一粒の砂粒が加わるだけで、その大部分が崩壊してしまうことがあります。

雪崩は、急斜面に大量の雪や氷の結晶が堆積した際に発生する、よく知られた問題です。乾燥した状態では、雪の斜面は砂山のように振る舞います。スキーヤーの存在、あるいは大きな音や振動によって、山腹全体が突然滑り落ちる可能性があります。

原子核のいくつかの高エネルギー状態（空間的な質量、電荷、スピン、アイソスピン分布が異なる）は、他の状態（同じ同位体の核異性体）よりもはるかに長寿命である。例えば、テクネチウム-99m。^{[ 8 ]}タンタル-180m同位体は準安定励起状態であるが、崩壊が観測されたことがないほど長寿命であり、半減期は最小値と計算されている。2.9 × 10 ¹⁷ (290 京) 年、^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]}宇宙の現在の年齢の 2100 万倍以上。

原子のエネルギー準位の中には準安定状態にあるものがあります。リュードベリ原子は、準安定励起原子状態の一例です。準安定励起準位からの遷移は、通常、電気双極子選択則によって禁じられています。つまり、この準位からの遷移は比較的起こりにくいということです。ある意味では、たまたま準安定状態にある電子はそこに閉じ込められていると言えます。準安定状態からの遷移は不可能ではない（単に起こりにくいだけ）ため、電子は最終的に、よりエネルギーの低い状態に崩壊します。これは通常、電気四重極遷移によって起こりますが、多くの場合、非放射性脱励起（例えば、衝突脱励起）によって起こります。

準安定状態のこのような緩やかな減衰特性は、リン光現象に顕著に表れています。リン光現象とは、明るい光を当てることで蓄光する蓄光玩具に見られる光ルミネセンスの一種です。原子の自然放出の典型的な時間スケールは^10⁻⁸秒程度ですが、準安定状態の減衰には通常数ミリ秒から数分かかるため、リン光で放出される光は一般的に弱く、かつ長時間持続します。

化学系において、化学結合の変化を伴う原子または分子の系は、比較的長い期間持続する準安定状態にあることがあります。分子の振動や熱運動により、丸い丘の頂上に相当するエネルギー状態にある化学種は非常に短命です。数秒（または数年）持続する準安定状態は、最も低い谷（図の点1）ではないエネルギーの谷に見られます。準安定性の一般的なタイプは異性体です。

特定の化学システムの安定性または準安定性は、その環境、特に温度と圧力に依存します。安定な実体と準安定な実体を生成することの違いは、重要な結果をもたらす可能性があります。たとえば、間違った結晶多形があると、製造から投与までの保管中に薬剤が失敗する可能性があります。^{[ 12 ]}圧力、温度、および/または組成の関数としてどの状態が最も安定しているかのマップは、相図として知られています。特定の状態が最も安定ではない領域では、準安定である可能性があります。 反応中間体は比較的寿命が短く、通常は準安定ではなく熱力学的に不安定です。IUPACは、これらを準安定ではなく過渡的と呼ぶことを推奨しています。^{[ 13 ]}

^{準安定性は、質量分析[ 14 ]}や分光化学^{[ 15 ]}における特定の状況を指すためにも使用されます。