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第7章
物质的状态

物质的状态

物质主要以三种 状态 存在:

固态

液态

气态

分子 的排列方式决定了物质的状态。

物质中的分子相互吸引,使它们紧密地排列在一起。但是,每一个分子都具有能量并不断运动。 分子的动能和分子之间的距离决定了物质所具有的状态

物质的三种状态和分子运动的关系:

固态: 分子紧密排列在一起,在物质中不会有太大距离的运动。

液态: 分子之间有一定距离,可以在物质中移动和相互碰撞。

气态: 分子相隔较远,可以在物质内自由移动。

固态 物质 结构固定 形状确定 。它的形状和体积不会改变。它的分子被紧密地排列在一个特定的范围中,不能自由移动。分子能够在它们的位置上来回振动,但不能破坏固定结构。

例如:冰、木头和金属。

液态物质 可以自由流动。 它没有固定的形状,但它可以有固定的体积。 分子的运动使它们克服相互间的引力,因此液态物质的形状可以随着容器形状的改变而改变。虽然分子可以自由移动,但它们之间的距离仍然相对较近。

例如:水、油和血液。

分子在液态物质中运动的快慢取决于 黏滞性大小 ,黏滞性是流体内部阻碍其相对流动的一种性质,有时被称为流体分子之间的 内摩擦力

气态物质: 由距离很远(相对于分子的大小)的分子组成, 没有固定的形状或体积 。气态物质的形状和体积取决于它的容器。与液态不同的是,物质处于气态时会膨胀以充满盛放它的 整个容器 。气态分子具有相对较高的能量,这意味着它们移动得很快,能够克服它们之间的吸引力而彼此分开。

如果你捏爆一个气球,气球里的气体会立即逸出并扩散到空气中。

例如:空气、氧气和水蒸气。

相变

物质的状态并非一成不变。温度或压力的变化都会使物质的状态发生变化。这个过程也可以被叫作 相变

物质从固态变为液态的过程叫作 熔化 ,熔点是 固体 熔化的温度。 加热增加了固体内部分子的能量 。增加的能量使分子的运动加快,打破了分子之间的引力,使得它们之间的距离变大。

物质从液态转变为固态的过程叫作 凝固 。这是由降低温度引起的。随着温度的降低,液体内部的分子的能量降低。 当分子不能再打破彼此的引力时,它们就有序地排列在一起,形成固体 。液体变成固体的温度被称为 凝固点

标准大气压力下,在100 ℃以上,水变为气体(蒸汽);在0 ℃到100 ℃之间,水是液体;低于0 ℃,水是固体。

物质从液态转化为气态的过程叫作 汽化 。汽化分为蒸发和沸腾两种方式。

汗是一种液体,在你热的时候,身体会通过出汗来调节你的体温。你可以把汗水擦掉或者让它自己消失。那汗水去哪里了呢?它吸收了你身体的热量,然后蒸发到空气中了。

当你烧水时,一部分水会变成蒸汽。这是因为加热增加了水分子的能量,使水分子运动得更快,分子间距离变大,最终汽化。

液化 是汽化的 逆过程 ,物质由气态转变为液态的过程叫作液化。当一种气体冷却时,分子会减速,距离变小,引力变大,它们就会变成液体。如果你给一锅沸水盖上盖子,你会看到盖子内部出现凝结的小水滴。热的蒸汽遇到较冷的盖子,就会重新变成液体。

升华: 物质由固态直接变成气态的过程叫作 升华 ,非常重要的一点是在这个过程中将不会出现液体。通常,物质会先由固态变为液态再变为气态,但升华的过程会跳过液体的状态。 升华是很少见的,它需要特定的条件才能发生 ,例如在适当的温度和压力下,固体二氧化碳(CO 2 )从固态直接转化为二氧化碳气体,称为干冰 [1] 升华。

物质从气态不经过液态阶段而直接凝结为固态的过程称为凝华。例如,在冬季寒冷的早晨形成的霜或云层中形成的雪都是凝华的产物。

显示相的变化

绘制 相图 是一种展示物质状态随着温度和压力发生变化的方式。

许多物质的相图是基本相同的,下面是一个相图的例子。

通常绘制的相图,以温度和压力为横坐标和纵坐标。将相图分为三个区域,分别代表物质的固态、液态和气态。

图中的每一点都将物质的状态和物质所处状态的温度和压力联系在一起。相图中“线”的位置所对应的温度和压力是发生状态变化的温度和压力。线上的点所表示的温度和压力是处于物态变化平衡状态的温度和压力。

怎样阅读相图

AB 线表示物质发生 升华 或者 凝华 的状态。在这条线上,固体与气体处于平衡状态。

BD 线表示物质发生 液化 或者 汽化 的状态。在这条线上,液体与气体处于平衡状态。

BC 线表示物质发生 熔化 或者 凝固 的状态。在这条线上,固体与液体处于平衡状态。

B 点叫作 三相点 ,在这个点三种状态处于 平衡状态

另一种表示相变过程的方法是使用 加热曲线 冷却曲线 。下面这张图显示了物质在恒压的条件下温度与状态之间的变化关系。

当物质受热时,它们的能量增加,开始改变自身状态。

在第92页的图示中, 固态 在图的最下面 ,这意味着它所处的环境温度很低并且所含能量很少。图示表明,从-40 ℃到0 ℃该物质为固态。

但随着温度的上升,物质吸收了足够的热量之后,就会变成 液态 。如图所示,在0 ℃到100 ℃的范围内,该物质处于液态。当物质升温到100 ℃时,物质又吸收了更多的热量,该物质便从液态变为 气态

为什么在物质发生状态变化之前,曲线会保持一段水平(吸收能量但温度不变)呢?

物质必须吸收足够的热量,分子才可以移动到足以克服它们之间的吸引力的位置,然后再改变状态。此时吸收的能量都被用于熔化或汽化(分子距离的改变),因此温度没有升高,曲线保持一段水平。

检查所学

1. 说出可能引起相变的两个原因。

2. 分子在固体状态下会运动吗?

3. 物质位于固态、液态和气态中的哪一相时是可压缩的?

4. ______与凝固是相反的相变过程,______与液化是相反的相变过程,_____与凝华是相反的相变过程。

5. 说出三种类型的相变。

6. 在相图中,x轴和y轴通常代表什么?

7. 在加热或冷却曲线中,“曲线”在上升或下降之前会保持一段水平,这是为什么?

答案见下一页

核对答案

1. 首先,物体的状态并不是永恒不变的。其次,温度和压力的变化影响物质的状态,使物质发生相变。

2. 物质处于固态时,分子紧密地结合在一起,它们不能自由移动。虽然分子能够在它们所处的位置来回振动,但它们不能破坏原有的结构。

3. 物质处于液态和气态时可以被压缩,因为它们没有固定的形状。固态有固定的形状,不能压缩。

4. 熔化;汽化;升华。

5. 以下任意三种:熔化、凝固、升华、凝华、汽化和液化。

6. 在相图中,x 轴通常代表温度,y 轴通常代表压力。

7. 物质必须吸收足够的热量,分子才可以移动到足以克服它们之间的吸引力的位置,然后再改变状态。此时吸收的能量都被用于熔化或汽化(分子距离的改变),因此温度没有升高,曲线保持一段水平。

[1] 固体二氧化碳(CO 2 )俗称“干冰”。 56te8gqyZ0Hq7+4jqwvj8O9xYK5IfSvzsygemyHbaCGtU0hzGnrag3OaCvRXjTeA

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