物理变化

化学

wù lǐ biàn huà

物理变化改变物质的形态、大小或状态,但不改变其组成;熔化、切割和溶解都属于物理变化。

Definition

物理变化会改变物质的形状、大小、状态,或者是否处于溶解状态,但不会改变其化学组成,也不会生成任何新物质,所以自始至终,分子还是原来的那些分子。像熔化、凝固、沸腾、凝结和升华这样的物态变化,以及溶解、研磨和弯曲,都是物理变化,受控于分子间排列方式或能量的变化,而不是分子内化学键的断裂或形成,因此化学本质得以保持。物态变化尤其是由分子间作用力与热能之间的平衡所驱动的,涉及熔化热、汽化热等特征焓变,而不改变任何分子式;即使是分子型溶质的溶解以及合金的形成,也算作物理变化,不过离子的溶解更接近于这条界线的边缘。

Example

把纸揉皱、把冰块融化、把苹果切开,都是物理变化,因为纸依然是纸,冰依然是水,苹果依然是苹果,而且许多这类变化,比如融化的冰或溶解的盐,都是可以逆转的。水沸腾时,液态的 $H_2O$ 变成气态的 $H_2O$,每个分子仍然是两个氢原子与一个氧原子相连;冰的熔化只需要 $6.01\text{ kJ/mol}$ 的熔化焓,就能松开分子之间的氢键,而分子内部那个强得多、达 $463\text{ kJ/mol}$ 的 $O$-$H$ 共价键却完全不受影响。

Key Insight

状态的改变始终是物理变化,即使看起来很剧烈,比如干冰似乎消失成了一团雾气,其实只是二氧化碳从固态变成了气态。用能否逆转来判断物理变化还是化学变化,虽然诱人却并不可靠:把晶体研磨成粉末是物理变化,却很难逆转;而一些真正的化学变化,比如 $NO_2$ 与 $N_2O_4$ 之间的相互转化,却能瞬间逆转。真正的问题始终是化学键是否断裂,而不是这个变化能不能被逆转。