物质的状态及其状态的变化

State of Matter and Changes in the State of Matter

2020年4月17日Ankur Choudhary (noreply@blogger.com)AI 专业翻译
物质——物质对象被定义为任何具有质量、体积并占据空间的物体。

物质的状态

物质根据其状态被分为固体、液体或气体。通常,物质的存在状态由两个因素决定:温度和组成。分子间力的强度和温度都会影响分子间力。固体之间的分子间力最强,而气体之间的分子间力最弱。

固态

固体中包含紧密排列的粒子。这些粒子之间不能自由移动,只能因彼此之间的作用力而振动。因此,固体具有稳定且明确的形状和体积。只有在外力作用下(例如固体被破坏或切割时),其形状才会发生变化。可以说,固体物质所具有的最高程度的有序性是其最重要的特性。这类物质具有较高的熔点,因为固体的分子之间结合得非常紧密。这种结合方式包括金属键、离子键、价键等,按强度从高到低排列。在固体世界中,固体可以分为两类:结晶固体和非晶固体。

液态

符合容器形状且无论压力如何都能保持几乎恒定体积的流体被称为液体。在温度和压力不变的情况下,其体积将保持恒定(即不会发生变化)。

这种物质可以被视为固态和气态之间的中间状态,因为它在从固态转变为气态的过程中会经历这个过程。液体可以被看作是高度压缩的气体,或者说是压力稍微释放的固体。由于气体的分子由于其动能而不断运动(这种动能会随着绝对温度的升高而增加),因此气体始终处于运动状态。

气态

气体分子能够快速且自由地移动,因为它们之间的化学键非常弱或根本不存在。因此,气体不仅能够适应容器的形状,还能够充满整个容器。

无论分子的化学性质如何,气体分子的行为都是一样的。由于几乎所有气体对压力、温度或体积的变化都有相似的反应,因此这一理论认为所有气体的反应方式都是相同的。气体中的分子总是在剧烈且快速地运动,这意味着它们会随机移动,并相互碰撞,同时也会与它们所处容器的壁发生碰撞。容器的整个空间都被这些分子占据,从而对容器的壁产生压力。

根据理想气体方程,当压力、体积和温度发生变化时,气体通常会表现出相应的变化规律。

PV = NRT 对于 ‘n’ 摩尔的理想气体

“Where...”
压力用 P 表示。
体积为 v。
N(摩尔)表示气体的分子数量。
R 是气体常数,T 代表其绝对温度。

物质状态的变化

当物质被加热或冷却时,其状态可能会发生变化。水(液态)是通过加热冰(固态)形成的。这个过程被称为“熔化”。热量会将水转化为蒸汽(气态),这个过程被称为“沸腾”。水、蒸汽和冰包含相同的粒子,只是它们的排列方式不同。

固态可以通过熔化转变为液态,液态可以通过冷冻重新变为固态。固体的升华过程还可以直接将其转化为气态。

在加热液体至沸点的同时施加恒定压力,可以使其转化为气体;或者在降低温度的同时减小压力,也可以使其转化为气体。液体通过蒸发过程转变为气体。

当固体的温度升高时,它们会获得足够的能量从固态转变为液态。如果温度继续升高,分子会变成气态。在气态中,几乎不存在分子间的作用力。

一种物质从固态先变为液态,再变为气态,同时从周围环境中吸收热量,从而使自身的温度升高。

液体的焓大于固体的焓,气体的焓又大于液体的焓。同样地,当物质从液态氧化成气态时,其熵(分子的随机程度)也会增加。


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