改变状态

大多数物质有相对稳定的状态，要么是固体，要么是液体，要么是气体。它们可以通过增加或减少能量（通常是以热的形式产生的动能）来改变状态。

一种物质可以从一种相态转变为另一种相态，例如从固体变成液体。当固体、液体或气体中的粒子结合或分开时，物质的相态就会发生改变。这些相态的改变总是涉及能量的变化。

能量和相变

当物质从固体变为液体或从液体变为气体时，粒子必须克服初始状态下的分子间力。用来克服分子间力的能量就是动能。动能的来源是热量。当物质被加热时，这些粒子吸收能量，增加了自身的动能。温度是平均动能的量度。因此，当能量增加时，温度会升高。

当物质从气体变成液体或从液体变成固体时，能量也很重要。粒子必须失去动能。随着相态的变化，粒子的运动速度变得更慢。把一种物质从液体变成气体比把这一物质从固体变成液体需要更多的能量。

科学词汇

吸热反应： 一种吸收热量而使周围温度下降的化学反应。

放热反应： 一种放出热量而使周围温度上升的化学反应。

熔化热： 把固体变成液体所需要的能量。

汽化热： 把液体变成气体所需要的能量。

在物质的三种状态中，气体的能量最高。物质必须获得足够的动能，才能使粒子完全克服分子间力。物质的分子间力越大，其沸点越高，因为粒子变成气体需要更多的能量。

把固体变成液体所需要的能量叫作“熔化热”。把液体变成气体所需要的能量叫作“汽化热”。

熔化热

熔化热是打破固体分子间的化学键使其变成液体所需要的能量。从固体到液体的相变不涉及温度的变化。当物质熔化时，温度保持不变，粒子的动能实际上并不改变。

在相变完成之前，动能都不会发生变化。

结冰

熔化热也等于物质从液体变为固体时所放出的热量。对大多数物质来说，固体状态下的粒子比液体状态下的粒子紧密得多。这意味着在一定体积内，固体中的分子比液体中的分子多。因此，同一物质固体状态下的密度比液体状态下的密度高。这就解释了为什么大多数物质的固体会下沉到它的液体形态中。

水是一个例外。当水结冰时，水分子比它们在液相时分开得更远。这是因为氢键在水中产生了强大的分子间力。这就解释了为什么冰可以漂浮在水面上。冰的密度实际上比水的密度小9%。因为水结冰时会膨胀，所以在结冰前，在装水的容器中需要留出一定的空间。如果将容器装满水后密封，水结冰后会膨胀，容器就会破裂。

试试这个

膨胀的冰

1　把一块黏土压在碗底。

2　将一根吸管插入黏土中，使吸管直立。

3　向水中加入几滴食用色素。用滴管将水灌到吸管中，直到吸管里充满大约一半有颜色的水。

4　用记号笔在吸管上标记水的高度。

5　将碗放入冰箱冷冻室至少4个小时或更久。

6　把碗从冰箱里拿出来，观察水结冰时吸管的水位是如何变化的。水结冰时会膨胀，这应该会导致吸管里的水位上升。

当固体被加热并达到熔点时，温度随相变而保持不变。对于熔点不是很高的物质，科学家可以很容易地测量出这个温度。

冰点也是一样的，当液体冷却到冰点时，温度会保持不变，直到发生相变。物质的熔点或冰点可以用来确定物质的确切性质。每种物质都有自己的熔点或冰点。

汽化热

和熔化一样，汽化时温度保持不变，直到相变完成。当液体达到沸点时，粒子不会获得动能。相反，液体中的粒子利用能量来克服分子间力。一旦所有的液体都变成了气体，温度就会继续升高。

沸腾

科学词汇

冷凝： 从气体变为液体的状态变化。

蒸发： 当液体的温度低于沸点时，从液体到气体的状态变化。

分子间力： 物质分子间的微弱吸引力。

压力： 施加在某一区域上的推力。

蒸气： 物质的气体形式，存在于该物质的临界温度以下，但仍可液化。

当液体的蒸气压等于气压时，它就会沸腾。例如，在海平面时，水在100℃沸腾。随着海拔的升高，气压会降低。气压的降低意味着水沸腾的温度也降低了。在高海拔的地区烹饪时，水沸腾的温度会降低很多。许多食谱增加了在高海拔地区烹饪食物的说明。如果气压增加，水的沸点也会提高。厨师会使用高压锅来增加压力，从而提高水沸腾的温度。因为温度升高，食物会熟得更快。

沸腾和蒸发

当液体沸腾（a）时，分子获得动能并从表面离去，在液体中形成气泡。在蒸发过程（b）中，在不加热的情况下，分子便可从液体中逃逸出去。液体失去能量，温度降低（c）。

蒸发冷却

把液体变成气体需要能量。这是一个吸热过程。这个过程对人们来说非常重要。当你努力工作或锻炼时，你的身体会产生热量。你的身体必须把多余的热量排出去。身体排热的方式是出汗。当你的身体发热时，汗水会附着在皮肤表面。身体的热量使汗液变热，从而使汗液开始蒸发。蒸发是一个吸热的过程，汗液分子吸收热量，从而使身体的温度下降。

蒸发冷却是身体排出多余热量的好方法。然而，蒸发冷却并不是一直有效的。湿度是影响蒸发冷却的一个因素。湿度是衡量空气中水蒸气数量的指标。当湿度很高时，空气中存在的水蒸气可以接近饱和。在这种情况下，空气无法容纳更多的水蒸气，汗水也不能蒸发。蒸发冷却的最理想条件是空气中只有很少的水蒸气。

相变

与所有物质一样，水以三种不同的状态——固态、液态和气态存在。固态的水叫冰，液态的水叫水，气态的水叫水蒸气。当水在不同状态之间变化时，每种变化都有一个名称。当水从固体变成液体时，它就融化了。当水从液体变成固体时，它就结冰了。当水从液体变成气体时，它就沸腾了。当水从气体变成液体时，它就凝结了。

如果你从-5℃的冰柜里拿出一块冰，那么冰块的温度也是-5℃。如果把冰块放在平底锅里，在炉子上加热，冰块就会吸收能量，温度稳步上升。当冰块达到熔点（0℃）时，温度不再继续上升，能量被用来把固体变成液体，直到所有的冰融化。

试试这个

放松一下

蒸发冷却是一种有效的降温方式。

1　在棉球上倒一点外用酒精。

2　挤出多余的酒精，用棉球轻轻包在温度计上。

3　吹一下棉球，看看温度计上的温度会发生什么变化。酒精蒸发吸收能量，从而导致温度计上的温度下降。

一旦冰全部融化，温度便会继续上升。水的温度继续上升，直到达到沸点。一旦水开始沸腾，温度就又保持不变，直到所有的水变成水蒸气。当所有的水变成水蒸气后，水蒸气的温度便会随着能量的增加而升高。当能量从水蒸气中被移走时，相反的情况就会发生。水蒸气的温度下降，直到它开始凝结（由气体变为液体）。此后，温度一直保持不变，直到所有的水蒸气凝结成液态水。之后，温度继续下降，直到水达到冰点。当水从液体变为固体时，温度保持不变，可一旦所有的水都变成了冰，温度就会继续下降。 YDM/prNk5jbwvibHPM8yED0hkCWnYRzHCsQbA4mlT5myKQHM8lO8AAYcSXhq7eMn