物质的状态

化学

wù zhì de zhuàng tài

物质的状态是物质可以呈现的物理形态之一,主要有固态、液态、气态和等离子态,取决于其粒子的运动方式和排列方式。

Visualization

Definition

物质的状态是一种物质所呈现的物理形态:固态、液态、气态,或第四种状态,等离子态;一种物质处于哪种状态,取决于其粒子的排列方式和运动状态。在固态中,粒子在固定位置振动,因而具有确定的形状和体积;在液态中,粒子能相互滑动,因而具有确定的体积却没有固定的形状;在气态中,粒子自由运动,能充满任何容器;而等离子态则是一种含有自由电子的电离气体。更严格地说,各状态之间的区别在于粒子动能与吸引它们的分子间作用力之间的平衡,以及粒子排列的有序程度:晶体固体具有长程有序,液体只有短程有序,气体则完全无序;相图把稳定状态表示为温度和压强的函数,其中三相点是固、液、气三相共存的点,临界点则是超过该点后液相和气相变得无法区分的点。

Example

冰是固态的水,饮用水是液态的水,水蒸气是气态的水,都是同样的分子,只是排列方式不同;水在 $-10^\circ\text{C}$ 时是坚硬的固体,在 $20^\circ\text{C}$ 时会流动以填满杯子的形状,在 $110^\circ\text{C}$ 时则变成看不见的气体,扩散到整个房间。水的三相点位于 $0.01^\circ\text{C}$ 和 $611\text{ Pa}$,临界点位于 $374^\circ\text{C}$ 和 $22.1\text{ MPa}$;超过这个临界点后,超临界水既能像溶剂一样溶解有机化合物,又能像气体一样流动;而超临界 $CO_2$(高于 $31^\circ\text{C}$ 和 $7.4\text{ MPa}$)则被用于工业上为咖啡脱除咖啡因。

Key Insight

一种物质所处的状态,取决于其粒子运动的快慢:加热会使粒子散开,冷却则会使粒子聚拢;气体容易被压缩,因为其粒子相距很远,而液体和固体几乎不能被压缩,因为它们的粒子早已彼此接触。玻璃常被称为固体,但它其实是一种无定形材料,其结构是液体那种无序状态被冻结下来的结果;这是否算作一种真正独立的状态,至今仍是一个悬而未决的问题,这提醒我们,三态其实只是一种简化的说法。