【www.kvc13.com--百科知识】
第四章 物质的特性 一、物态变化 自然界中的物质一般存在有三种状态：固态、液态和气态.物质状态的变化一般伴随着热量的 变化——吸热和放热.固体熔化、液体汽化、固体 升华都需要吸热，液体凝固、气体液化、气体凝华 都需要放热. 1、熔化和凝固 熔化是物质由固态变成液态的过程，从液态 变成固态的过程叫做凝固.熔化一凝固图象的纵 坐标表示温度，横坐标表示实验经过的时间.下 图甲为晶体的熔化图象，其中AB段表示固体吸热 升温阶段；BC段表示晶体熔化阶段，此阶段要吸 三态的相互转化 热，但温度基本保持不变，这个固定的熔化温度即 为熔点；CD段表示液态升温阶段.下图乙为非晶体的熔化图象，图中没有相对水平的一段（即温度不变的部分），随着加热的进行其温度不断上升，直至全部变为液态.用图形记录物理变化的过程是科学研究问题的一种方 法.根据学生的实验数据作出图象，找出图象 的变化规律，是学习的难点，也是学生观察能 力的深化.凝固是熔化过程的逆过程，在熔 化图象的基础上推理，画出晶体的凝固图象， 培养学生知识的迁移能力. 2、汽化和液化 熔化一凝固的图象 汽化是物质由液态变为气态的过程，液 体汽化时要吸收大量的热，它有两种表现形式蒸发和沸腾.两者有以下四点区别：（1）蒸 发是液体表面的汽化现象，沸腾是在液体表面与内部同时发生的剧烈汽化现象；（2）蒸发 可在任何温度下进行，沸腾只能当温度达到沸点才进行；（3）蒸发的快慢与温度高低、液体表面积大小、液面空气流动快慢有关，沸腾与液面气压高低相关；（4）蒸发时会从液体内部吸热，具有致冷效果；沸腾时需从外界吸收大量的热. 在水沸腾实验中，观察水的沸腾现象，研究水沸腾时的温度.每组一个小烧杯，内装 大约100克的温水，将烧杯放在石棉网上加热，把温度计从塑料盖子中央的孔内穿进，盖 上烧杯，使温度计的玻璃泡没人水中.待水温升至90℃时，每隔半分钟记录一次水的温度.水沸腾后，继续记录温度，并注意观察水沸腾时的情况.最后根据实验记录，在坐标纸上画出水的温度随时间变化的曲线.观察水沸腾时，一方面注意温度计示数的变化，另一方面观察水中气泡的生成情况.因冷水中溶有少量空气，刚加热时烧杯底与侧壁会产生大量细小的附壁气泡；随着温度升高，气泡内水蒸气增多后气泡会在水中上浮，上浮的气泡遇到上层凉水将变小.当温度达到沸点时，上升的气泡越变越大，并在水面破裂放出大量蒸汽，水内及表面受大量气泡的冲撞而剧烈振荡起来. 液化是物质从气态变为液态的过程.气体液化时要放出大量的热，所以100℃的水蒸气比100℃的沸水对人的烫伤要厉害得多.水蒸气是无色、无味的气体，人眼是看不见的，烧开水时水面出现大量的“白气”是高温水蒸气遇冷空气后液化成的小水珠.雾是地面附近的水蒸气遇冷后液化成的大面积“白气”形成的. 3、升华和凝华 升华是物质从固态直接变成气态的过程.凝华是升华的逆过程.升华需要吸热，凝华会放热.冬天衣服冻于是升华的结果；严寒的冬季，北方地区玻璃窗上出现的“冰花”是室内水蒸气凝华的结果.樟脑丸放人衣箱后会升华成杀虫的气体，初冬季节水蒸气会凝华在草和地面上形成霜. 如何用物态变化的观点解释自然界中雨、云、雪、露、雾、霜的形成了首先应明确它们都是由空气中的水蒸气演变成的；其次应知道它们是由小水珠还是小冰晶构成的，再寻找其相关的物态变化过程.例如：露是小水珠，它是空气中水蒸气液化而成的. 试试看： 1、判断下列物态变化过程，和吸热放热情况. 1）春天，冰封的湖面开始解冻； 2）夏天，打开冰棍纸看到“白气“； 3）洒在地上的水变干； 4）深秋，屋顶的瓦上结了一层霜； 5）冬天，冰冻的衣服逐渐变干； 6）冬天的早晨，北方房屋的玻璃窗内结冰花； 7）樟脑球过几个月消失了； 8）出炉的钢水变钢锭； 9）冬季带眼睛的人进入室内，镜片上会蒙上一层小水珠； 2、夏天，小林为了解渴，从冰箱里拿出一支棒冰，小林发现棒冰上粘着“白花花”的粉；一剥去包装纸，棒冰上就会冒烟；他把这支棒冰放进茶杯里，不一会，茶杯外壁会出“汗”.你能帮助解释这些现象吗？ 班级 姓名 二、物质的构成 分子是构成物质的一种微粒，它既不是“最小微粒”也不是“唯一的微粒”.虽然大部分的物质是由分子构成，但也有许多物质是由原子或离子等微粒构成的.分子的基本性质：（1）分子的质量、体积很小；（2）分子处于不停地无规则运动之中；（3）分子之间有空隙；（4）同种物质分子的性质相同，不同种物质分子的性质不同.分子具有的这四个基本性质解释日常现象的理论依据.分子的运动使两种不同物质在接触时，彼此进入人对方的现象，叫做扩散.如液体扩散，气体扩散，固体扩散，固、液、气之间也能扩散.分子运动的快慢与温度有关，物体的温度越高，分子的运动越剧烈，扩散现象就越明显.蒸发是一种缓慢进行的汽化方式，从分子运动的角度看，蒸发实质上是处于液体表面的分子由于运动离开液面的过程.温度越高，分子运动越剧烈，越容易离开液面.所以，我们说蒸发是在液体表面进行的汽化现象.同样可以利用分子运动的观点来解释其他物态。
1.固态 严格地说，物理上的固态应当指“结晶态”，也就是各种各样晶体所具有的状态.最常见的晶体是食盐（化学成份是氯化钠，化学符号是NaCl）.你拿一粒食盐观察（最好是粗制盐），可以看到它由许多立方形晶体构成.如果你到地质博物馆还可以看到许多颜色、形状各异的规则晶体，十分漂亮.物质在固态时的突出特征是有一定的体积和几何形状，在不同方向上物理性质可以不同（称为“各向异性”）；有一定的熔点，就是熔化时温度不变. 在固体中，分子或原子有规则地周期性排列着，就像我们全体做操时，人与人之间都等距离地排列一样.每个人在一定位置上运动，就像每个分子或原子在各自固定的位置上作振动一样.我们将晶体的这种结构称为“空间点阵”结构. 2.液态 液体有流动性，把它放在什么形状的容器中它就有什么形状.此外与固体不同，液体还有“各向同性”特点（不同方向上物理性质相同），这是因为，物体由固态变成液态的时候，由于温度的升高使得分子或原子运动剧烈，而不可能再 保持原来的固定位置，于是就产生了流动.但这时分子或原子间的吸引力还比较大，使它们不会分散远离，于是液体仍有一定的体积.实际上，在液体内部许多小的区域仍存在类似晶体的结构——“类晶区”.流动性是“类晶区”彼此间可以移动形成的.我们打个比喻，在柏油路上送行的“车流”，每辆汽车内的人是有固定位置的一个“类晶区”，而车与车之间可以相对运动，这就造成了车队整体的流动. 3.气态 液体加热会变成气态.这时分子或原子运动更剧烈，“类晶区”也不存在了.由于分子或原子间的距离增大，它们之间的引力可以忽略，因此气态时主要表现为分子或原子各自的无规则运动，这导致了我们所知的气体特性：有流动性，没有固定的形状和体积，能自动地充满任何容器；容易压缩；物理性质“各向同性”. 显然，液态是处于固态和气态之间的形态. 4.非晶态——特殊的固态 普通玻璃是固体吗？你一定会说，当然是固体.其实，它不是处于固态（结晶态）.对这一点，你一定会奇怪. 这是因为玻璃与晶体有不同的性质和内部结构. 你可以做一个实验，将玻璃放在火中加热，随温度逐渐升高，它先变软，然后逐步地熔化.也就是说玻璃没有一个固定的熔点.此外，它的物理性质也“各向同性”.这些都与晶体不同. 经过研究，玻璃内部结构没有“空间点阵”特点，而与液态的结构类似.只不过“类晶区”彼此不能移动，造成玻璃没有流动性.我们将这种状态称为“非晶态”. 严格地说，“非晶态固体”不属于固体，因为固体专指晶体；它可以看作一种极粘稠的液体.因此，“非晶态”可以作为另一种物态提出来. 除普通玻璃外，“非晶态”固体还很多，常见的有橡胶、石蜡、天然树脂、沥青和高分子塑料等. 5.液晶态——结晶态和液态之间的一种形态 “液晶”现在对我们已不陌生，它在电子表、计算器、手机、传呼机、微型电脑和电视机等的文字和图形显示上得到了广泛的应用. “液晶”这种材料属于有机化合物，迄今人工合成的液晶已达5000多种. 这种材料在一定温度范围内可以处于“液晶态”，就是既具有液体的流动性，又具有晶体在光学性质上的“各向异性”.它对外界因素（如热、电、光、压力等）的微小变化很敏感.我们正是利用这些特性，使它在许多方面得到应用. 上述几种“物态”，在日常条件下我们都可以观察到.但是随着物理学实验技术的进步，在超高温、超低温、超高压等条件下，又发现了一些新“物态”. 6.超高温下的等离子态 这是气体在约几百万度的极高温或在其它粒子强烈碰撞下所呈现出的物态，这时，电子从原子中游离出来而成为自由电子.等离子体就是一种被高度电离的气体，但是它又处于与“气态”不同的“物态”——“等离子态”. 太阳及其它许多恒星是极炽热的星球，它们就是等离子体.宇宙内大部分物质都是等离子体.地球上也有等离子体：高空的电离层、闪电、极光等等.日光灯、水银灯里的电离气体则是人造的等离子体. 7.超高压下的超固态 在140万大气压下，物质的原子就可能被“压碎”.电子全部被“挤出”原子，形成电子气体，裸露的原子核紧密地排列，物质密度极大，这就是超固态.一块乒乓球大小的超固态物质，其质量至少在1000吨以上. 已有充分的根据说明，质量较小的恒星发展到后期阶段的白矮星就处于这种超固态.它的平均密度是水的几万到一亿倍. 8.超高压下的中子态 在更高的温度和压力下，原子核也能被“压碎”.我们知道，原子核由中子和质子组成，在更高的温度和压力下质子吸收电子转化为中子，物质呈现出中子紧密排列的状态，称为“中子态”. 已经确认，中等质量（1.44~2倍太阳质量）的恒星发展到后期阶段的“中子星”，是一种密度比白矮星还大的星球，它的物态就是“中子态”. 更大质量恒星的后期，理论预言它们将演化为比中子星密度更大的“黑洞”，目前还没有直接的观测证实它的存在.至于 “黑洞”中的超高压作用下物质又呈现什么物态，目前一无所知，有待于今后的观测和研究. 物质在高温、高压下出现了反常的物态，那么在低温、超低温下物质会不会也出现一些特殊的形态呢？下面讲到的两种物态就是这类。