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📜  物质的分子性质——定义、状态、类型、例子

📅  最后修改于: 2022-05-13 01:57:36.380000             🧑  作者: Mango

物质的分子性质——定义、状态、类型、例子

物质的不同阶段所呈现的不同形式称为物质状态。日常生活中最容易观察到的最常见的状态物质是——固体、液体、气体和等离子体。我们知道还有许多其他状态，例如玻色-爱因斯坦凝聚和中子简并物质，但这些状态仅存在于极端天气条件下，例如超冷或超致密物质。还存在其他理论状态，例如夸克胶子等离子体。从早期阶段开始，物质状态之间的差异就在于性质的质差异。

  • 固态总是保持固定的体积和形状，构成粒子，即原子、分子和离子，它们紧密结合在一起并固定在适当的位置。
  • 而液态总是保持固定的体积，但呈容器的形状。与固体相比，它的构成粒子保持紧密但更自由地移动。
  • 在气态下，形状和体积都是可变的，以适应容器。它的构成粒子是最灵活的，永远不会固定在同一个地方。
  • 在等离子体状态下，物质具有可变的形状和体积，但也有中性原子。它包含大量的电子和离子，它们都可以自由移动。等离子体也是宇宙中最常见的可见物质形式。

物质的基本状态

固体

在固体中，组成粒子（离子、原子或分子）非常紧密地堆积在一起。粒子之间的作用力很强，粒子不能自由移动，只能振动。因此，固体具有稳定、确定的形状和确定的体积。固体只能通过外力改变其形状，例如当它们被破坏或切割时。

在结晶固体中，组成颗粒以有组织的顺序和重复模式排列。可以很容易地预测下一个粒子的位置。有多种晶体结构，一种物质可以有多种结构。例如，温度低于 912 °C 的铁在 912 和 1394 °C 之间具有体心立方结构和面心立方结构。冰本身有十五种已知的晶体结构，或十五种固相，它们存在于不同的温度和压力下。玻璃是一种非结晶和无定形的固体。玻璃和其他各种非晶态和非晶态固体不具有长程有序，不具有热平衡基态；这就是为什么它们被描述为非经典的物质状态。固体可以通过熔化变成液体，也可以使用升华过程直接变成气体。

液体

液体也称为流体，它具有几乎不可压缩的性质，这意味着它可以适应容器的形状，但也保持恒定的体积并且不受压力的影响。液体的体积绝对是在压力和温度恒定的情况下确定的。当压力高于物质的三相点并且物质被加热到其熔点以上时，它就会变成液体。分子间力仍然起作用，但现在分子有足够的能量移动比固体中的更多，并且结构是可移动的。这就是为什么液体的体积是不确定的，它达到了容器的体积。液体的临界温度是它可以存在的最高温度。

气体

气体也属于流体类别，并且是可压缩的。气体不仅具有容器的形状，而且还会膨胀以充满整个容器。在气体的情况下，组成分子具有足够的动能，因此分子间力的影响很小，并且分子间的距离远大于分子的大小。在理想气体的情况下，分子间作用力为零。气体没有确定的形状或体积，但它们占据了储存它的整个容器。如果我们在恒定压力下将液体加热到沸点，它就会转化为气体。

气体在低于其临界温度的温度下也称为蒸气。通过使用压缩——即使不冷却气体也可以液化。蒸汽和液体可以平衡存在，在这种情况下，液体的蒸汽压力等于气体压力。温度和压力分别高于临界温度和临界压力的气体称为超临界流体（SCF）。它具有气体的所有物理特性，但在某些情况下，它的高密度是溶剂特性的原因，这导致了许多有用的实际应用。

等离子体

就像气体一样，等离子体也没有任何确定的形状或体积。但与气体不同，等离子体是导电的，它可以产生磁场和电流，并且对电磁力也有强烈的反应。有一个带正电的原子核，它在解离和自由电子的海洋中游泳。这种电子海是等离子体能够导电的原因。

等离子体状态在地球上非常普遍，不像人们普遍认为的那样罕见。大多数人确实在日常生活中观察到它，他们甚至没有意识到这一点。闪电、火花、荧光灯、等离子电视是等离子态物质的典型例子。

分子间作用力的类型

主要有三种分子间作用力。它们是伦敦色散力 (LDF)、氢键和偶极-偶极相互作用。分子也可以同时具有所有三种力的混合物，但它们肯定具有 LDF。

伦敦分散力（LDF）：伦敦分散力总是存在于每一种物质中。物质是由极性分子还是非极性分子组成并不重要。分子中临时和瞬时极性的形成会产生 LDF。这些极性是由于电子的循环而形成的。

如果分子中存在瞬时极性，则该分子可以在相邻分子中引起相反符号的极性。这导致附近分子之间产生一系列吸引力。这是一个众所周知的事实，具有较高分子量的分子具有更多的电子。由于附近的电荷，电子云的数量越多，就越容易变形，这种特性被称为极化率。这证明具有较高分子量的分子具有较高的 LDF，这使得它们的熔点、沸点和汽化焓更高。

偶极-偶极相互作用：由于电子共享不均匀而具有永久偶极矩的分子会经历偶极-偶极相互作用。由于电子的不均匀共享，分子的一侧变为部分正，另一侧变为部分负。与仅具有 LDF 的分子相比，具有偶极-偶极相互作用的物质通常具有更高的熔点和沸点。

氢键：当氢原子与氮、氧或氟共价键合时，会形成非常强的偶极子。这些偶极子产生偶极子-偶极子相互作用，这些相互作用称为氢键。氢键是偶极-偶极相互作用的一种特殊情况。

物质的分子性质

各种科学家已经提出了许多关于物质原子行为的假设。根据这些假设，宇宙中的一切都是由原子组成的。原子只不过是总是以某种顺序移动的微小粒子。当它们之间的距离减小时，它们会相互吸引。但是当他们被迫彼此非常接近时，他们会因为相同的指控而悔改。

道尔顿提出了一种这样的理论，它后来被称为物质的分子理论。该理论导致物质由分子组成，而这些分子由原子组成。

  • 根据盖吕萨克定律，当两种或多种气体化学结合形成新气体时，它们的体积是小整数比。
  • 根据阿伏伽德罗定律，相同温度和压力下的所有气体具有相同数量的相同体积的分子。
  • 所有这些原理都证明了气体的分子性质。动力学理论是基于道尔顿的分子理论。
  • 道尔顿的理论是成功的，因为他说物质是由分子组成的，它们是由原子组成的，现在我们可以用电子显微镜观察原子结构。

示例问题

问题 1：定义波义耳定律。

回答：

问题2：为什么氦和氢在室温下即使施加很高的压力也不会液化？

回答：

问题3：什么是物质粒子？

回答：

问题四：阿伏伽德罗定律的意义是什么？

回答：

问题 5：为什么物质的三种状态很重要？

回答：