书城科普读物智慧百科(科学卷)
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第2章 物质

什么是物质

物质指不依赖于意识而又能为人的意识所反映的客观实在。世界的本质是物质的,意识是物质高度发展的产物。运动是物质的根本属性,时间和空间则是运动着的物质的存在形式。自然界和社会的一切形象,都是运动着的物质的存在形式。马克思主义哲学的物质概念是世界上一切现象(自然现象和社会现象)的根本特性的最高概括,因而不能把它同自然科学中关于物质结构的学说相混淆。世界统一于物质。物质的惟一特性是客观实在性。物质世界能为人的感觉和意识反反映,但不可穷尽。物质概念是唯物主义哲学的基西。20世纪以来自然科学对物质的属性、结构、形态等的新认识不断证实和丰富辩证唯物主义的物质范畴。

物质的状态

气态

气态是物质的一个态。气体与液体一样是流体,它可以流动,可变形。气体可以被压缩。假如没有限制(容器或力场)的话,气体可以扩散,其体积不受限制。气态物质的原子或分子相互之间可以自由运动。气态物质的原子或分子的动能比较高。

液态

物质的液体状态,物质存在的一种形态。它没有确定的形状,往往受容器影响,

但它的体积在压力及温度不变的环境下是固定不变的。此外,液体对容器的边施加压力和和其它物态一样。这压力传送往四面八方,不但没有减少并且与深度一起增加(水越深,水压越大的原因)。

固态

结合物体的微粒间距离很小,作用力很大。粒子在各自的平衡位置附近作无规律的振动,固体能保持一定的体积和形状。在受到不太大的外力作用时,固体的体积和形状改变很小。

状态的变化

汽化

汽化是指物质由液相转变为气相的相变过程。液体中分子的平均距离比气体中小得多。汽化时分子平均距离加大、体积急剧增大,需克服分子间引力并反抗大气压力作功,因此汽化要吸热。单位质量液体转变为同温度蒸气时吸收的热量称为汽化潜热,简称汽化热。汽化热随温度升高而减小,因为在较高温度下液体分子具有较大动能,液相与气相差别减小。在临界温度下,物质处于临界态,气相与液相差别消失,汽化热为零。汽化包括蒸发和沸腾两种形式。

液化

液化是物质由气相转变为液相的过程。液化是放热过程,液化的两种方式:降低温度和压缩体积。任何气体在温度降到足够低时都可以液化;在一定温度下,压缩气体的体积也可以使某些气体液化(或两种方法兼用)。家用液化石油气就是在常温下利用压缩气体体积的方法使它液化,并储存在钢罐里的,液体打火机同理。火箭上的液态燃料和氧化剂则是在相当低的温度下利用压缩气体体积的方法获得的。汽化是液化的相反过程。

固化

固化是物质由液相转变为固相的过程。固化是放热的过程,常见的固化现象有,冬天外面的河水结冰,冰箱里的水和饮料结冰,冰淇淋的制作过程就是属于固化过程。

升华

固态物质不经过液态直接转变成气态的现象,就叫升华。它可以作为一种应用固-气平衡进行分离的方法。有些物质在固态时就有较高的蒸气压,因此受热后不经熔化就可以直接变为蒸汽,冷凝时又复成为固体。固体物质的蒸气压与外压相等时的温度称为该物质的升华点。在升华点时,不但在晶体表面,而且在其内部也发生了升华,作用很剧烈,易将杂质带入升华产物中。为了使升华只发生在固体表面,通常总是在低于升华点的温度下进行,此时固体的蒸气压低于外压。

凝华

凝华是物质从气态不经过液态而直接变成固态的现象。凝华过程物质要放出热量。凝华的实际现象有:冬夜,室内的水蒸气常在窗玻璃上凝华成冰晶,集聚成冰花;使已有碘蒸气的烧瓶降温散热,碘蒸气将直接凝华成固态碘;用久的电灯光泡会显得黑,是因为钨丝受热升华形成的钨蒸气又在灯光泡壁上凝华成极薄的一层固态钨。升华是凝华的相反过程。

溶液和胶体

溶液

溶液使指分散质的粒度小于1nm(10-9m)的分散系。分散质是分子或离子,具有透明、均匀、稳定的宏观特征。溶液是两种或两种以上物质均匀混合并且彼此呈分子分散的多组分体系形成的均一的、稳定的混合物。在生活中常见的溶液有蔗糖溶液、碘酒、澄清石灰水、稀盐酸、盐水等。溶液的组成:溶质为被分散的物质,溶剂为分散其它物质的物质。

胶体

胶体使指分散质粒子在1nm~100nm之间的分散系;胶体是一种分散质粒子直径介于粗分散体系和溶液之间的一类分散体系,这是一种高度分散的多相不均匀体系。它可以分为以下几类:1、按分散剂的不同可分为气溶胶,固溶胶,液溶胶;2、按分散质的不同可分为粒子胶体、分子胶体;由于胶体体系首先是以分散相颗粒有一定的大小为其特征的,故胶粒本身与分散介质之间必有一明显的物理分界面.这意味着胶体体系必然是两相或多相的不均匀分散体系。

物质的性质

化学性质

所谓元素的化学性质就是该元素的一个原子在化学反应中表现出的得到电子或失去电子或电子的偏向或偏离的能力大小。原子在化学反应中的得失电子或电子的偏移主要都是发生在最外层电子上,所以原子最外层电子数的多少就决定该原子是得到电子还是失去电子或电子是偏离还是偏向,是得到多少个电子还是失去多少个电子都是由最外层电子数决定,因此元素的化学性质主要由原子的最外层电子数决定。

物理性质

物质没有发生化学反应就表现出来的性质叫做物理性质。通常用观察法和测量法来研究物质的物理性质,如可以观察物质的颜色、状态、光泽和溶解性;可以闻气味,尝味道(实验室里的药品多数有毒,未经教师允许绝不能用口尝);也可以用仪器测量物质的熔点、沸点、密度、硬度、导电性、导热性、延展性等。应注意物理变化和物理性质两个概念的区别。如灯泡中的钨丝通电时发光、发热是物理变化,通过这一变化表现出了金属钨具有能够导电、熔点高、不易熔化的物理性质。人们掌握了物质的物理性质就便于对它们进行识别和应用。如可根据铝和铜具有不同颜色和密度而将它们加以识别。又可根据它们都有优良的导电性而把它们做成导线用来传输电流。

物质的组成

世界上的一切物质都是由元素组成的。科学家已经发现109种元素(含自然界存在的元素及人造元素)。元素可分为金属元素和非金属元素。元素呈游离态时为单质,呈化合态时则形成化合物。分子、原子、离子是构成物质最基本的微粒。分子能独立存在,是保持物质化学性质的一种微粒,由分子构成的物质,有非金属单质如O2、白磷等;稀有气体如Ar,是单原子分子;非金属元素的化合物如氢化物、氧化物、含氧酸、大多数有机物等,它们在固态时均为分子晶体。原子是化学变化中的最小微粒,在化学反应中,原子核外的价电子发生改变,原子重新组合形成新物质。原子可结合成分子,例如CO2分子,干冰是由CO2分子构成的。