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1、第二章第二章 物质的状态物质的状态Chapter 2The material state (2010级使用级使用)设置的问题:1 1物质的状态有多少种物质的状态有多少种? ?2 2气体、液体、固体有什么区别和联系气体、液体、固体有什么区别和联系? ?3 3理想气体和实际气体有什么区别理想气体和实际气体有什么区别? ?* 物体有多少种状态物体有多少种状态n n自然界的各种物质都是由大量微观粒子构成的。自然界的各种物质都是由大量微观粒子构成的。当大量微观粒子在一定的压强和温度下相互当大量微观粒子在一定的压强和温度下相互聚集为一种稳定的状态时，就叫做聚集为一种稳定的状态时，就叫做“物质的物质的一种状
2、态一种状态”，简称为物态。在，简称为物态。在1919世纪，人们世纪，人们还只能根据物质的宏观特征来区分物质的状还只能根据物质的宏观特征来区分物质的状态，那时还只知道有三种状态，即态，那时还只知道有三种状态，即气态、液气态、液态和固态。态和固态。0 0气气 态态超固态超固态固固 态态液液 态态超子态超子态中子态中子态超导态超导态三相态三相态等离子态等离子态超流态超流态加压加压加压加压加压加压降压降压降压降压降压降压加压、降温加压、降温加压、降温加压、降温降压、升温降压、升温降压、升温降压、升温升温升温升温升温升温升温降温降温降温降温降温降温 任何物质都可呈现多态，能说明常见的任何物质都可呈现多态
3、，能说明常见的水有多少状态吗？水有多少状态吗？ 注：注：固态冰在高压下可以有固态冰在高压下可以有7 7种相种相 等离子态等离子态等离子态等离子态- - - -高温下物质或气体被射线照射后，原子被电离，整个高温下物质或气体被射线照射后，原子被电离，整个高温下物质或气体被射线照射后，原子被电离，整个高温下物质或气体被射线照射后，原子被电离，整个气体含有足够数量的离子和带负电的电子气体含有足够数量的离子和带负电的电子气体含有足够数量的离子和带负电的电子气体含有足够数量的离子和带负电的电子. . . . 太阳就是一个等离子体火球，表面温度太阳就是一个等离子体火球，表面温度6 6千度千度超固态超固态超固
4、态超固态- - - -高压下物质（超过大气压高压下物质（超过大气压高压下物质（超过大气压高压下物质（超过大气压140140140140万倍），物质原子的电子万倍），物质原子的电子万倍），物质原子的电子万倍），物质原子的电子壳层被壳层被壳层被壳层被“挤破挤破挤破挤破”，电子跑出成为，电子跑出成为，电子跑出成为，电子跑出成为“公有公有公有公有”， “ “ “ “光身光身光身光身”的原子的原子的原子的原子核在高压作用下会紧密地堆积起来，成为密度非常大的（大核在高压作用下会紧密地堆积起来，成为密度非常大的（大核在高压作用下会紧密地堆积起来，成为密度非常大的（大核在高压作用下会紧密地堆积起来，成为密度非
5、常大的（大约是水成密度的约是水成密度的约是水成密度的约是水成密度的3 3 3 3万万万万-6-6-6-6。5 5 5 5万倍）状态万倍）状态万倍）状态万倍）状态. . . .注：超固态密度可达注：超固态密度可达10101515gcmgcm3 3 = 10 = 10亿吨亿吨/cm/cm3 3 有些书籍把等离子态称为物质的第四态，把超固态称为物有些书籍把等离子态称为物质的第四态，把超固态称为物有些书籍把等离子态称为物质的第四态，把超固态称为物有些书籍把等离子态称为物质的第四态，把超固态称为物质的第五种状态。质的第五种状态。质的第五种状态。质的第五种状态。 中子态中子态- -在超固态物质上再加上巨大
6、压力，原子核和电子被进一在超固态物质上再加上巨大压力，原子核和电子被进一步压缩，在极大的压力下原于核里放出的质子会和电子结合成步压缩，在极大的压力下原于核里放出的质子会和电子结合成为中子。由此原来原子核和电子却都变成了中子。为中子。由此原来原子核和电子却都变成了中子。 密度惊人：中子态密度可达密度惊人：中子态密度可达10101919gcmgcm3 3 = 10 = 10万亿吨万亿吨/cm/cm3 3 一个火柴盒那么大的中子态物质，重一个火柴盒那么大的中子态物质，重3030亿吨，要有亿吨，要有960000960000多多台重型火车头才能拉动它！台重型火车头才能拉动它！ 一个直径几百万公里的物体压
7、成只有直径一个直径几百万公里的物体压成只有直径3030公里的中子星公里的中子星 “假设原子有一座十层大楼那样大，那么原子核却只有一假设原子有一座十层大楼那样大，那么原子核却只有一个樱桃那样大个樱桃那样大”。不难想象：由十层大楼那样大一块铁，变成。不难想象：由十层大楼那样大一块铁，变成中子态物质时，体积将变成一个樱桃那样小，中子态物质时，体积将变成一个樱桃那样小，这样一个小小的这样一个小小的“樱桃樱桃”你拿得动吗？你拿得动吗？ 在浩瀚的宇宙中，中子星也并非密度最大的天体，如在浩瀚的宇宙中，中子星也并非密度最大的天体，如超子超子态、反常中子态。态、反常中子态。 目前天文学家已发现了一种密度比中子星
8、还大许多倍的天目前天文学家已发现了一种密度比中子星还大许多倍的天体，由于它的引力巨大，连光都不能反射出来，看不见它，体，由于它的引力巨大，连光都不能反射出来，看不见它，所以称它为所以称它为“黑洞黑洞”。 关于关于“黑洞黑洞”到底是一种什么样的物质，它是由什么基本到底是一种什么样的物质，它是由什么基本粒子构成的，至今还是个迷。粒子构成的，至今还是个迷。结晶态结晶态结晶态结晶态- - - -一些固体物质中，有的其内部微观粒子呈周期性、对称一些固体物质中，有的其内部微观粒子呈周期性、对称一些固体物质中，有的其内部微观粒子呈周期性、对称一些固体物质中，有的其内部微观粒子呈周期性、对称性的规则排列的物质
9、状态。性的规则排列的物质状态。性的规则排列的物质状态。性的规则排列的物质状态。玻璃态（非晶体）玻璃态（非晶体）玻璃态（非晶体）玻璃态（非晶体）- - - -有些固体物质，如玻璃、沥青等物质，常温有些固体物质，如玻璃、沥青等物质，常温有些固体物质，如玻璃、沥青等物质，常温有些固体物质，如玻璃、沥青等物质，常温下虽然也有固定的形状和体积，不能流动，但其内部结构则下虽然也有固定的形状和体积，不能流动，但其内部结构则下虽然也有固定的形状和体积，不能流动，但其内部结构则下虽然也有固定的形状和体积，不能流动，但其内部结构则更像液体，更像液体，更像液体，更像液体，液晶态液晶态液晶态液晶态- - - -一些有
10、机物质，能够流动，又具有某些晶体的光学特性，一些有机物质，能够流动，又具有某些晶体的光学特性，一些有机物质，能够流动，又具有某些晶体的光学特性，一些有机物质，能够流动，又具有某些晶体的光学特性，是介于液态和结晶态之间的状态。是介于液态和结晶态之间的状态。是介于液态和结晶态之间的状态。是介于液态和结晶态之间的状态。超导态超导态超导态超导态- - - -很多物质在极低的温度下，会出现电阻消失的现象很多物质在极低的温度下，会出现电阻消失的现象很多物质在极低的温度下，会出现电阻消失的现象很多物质在极低的温度下，会出现电阻消失的现象超流态超流态超流态超流态- - - -极低的温度下，某些液体的粘滞性会完
11、全消失极低的温度下，某些液体的粘滞性会完全消失极低的温度下，某些液体的粘滞性会完全消失极低的温度下，某些液体的粘滞性会完全消失金属氢态金属氢态金属氢态金属氢态- - - -在巨大的压力下，平时是气体的氢，可以转变为具有在巨大的压力下，平时是气体的氢，可以转变为具有在巨大的压力下，平时是气体的氢，可以转变为具有在巨大的压力下，平时是气体的氢，可以转变为具有金属特性的固态金属特性的固态金属特性的固态金属特性的固态n n随着科技的发展更多的物态会被发现和被人所认识。随着科技的发展更多的物态会被发现和被人所认识。随着科技的发展更多的物态会被发现和被人所认识。随着科技的发展更多的物态会被发现和被人所认识
12、。n n在一定条件下，液在一定条件下，液在一定条件下，液在一定条件下，液- - - -气、固气、固气、固气、固- - - -气、固气、固气、固气、固- - - -液两态共存或固、液、液两态共存或固、液、液两态共存或固、液、液两态共存或固、液、气三态共存的情形。气三态共存的情形。气三态共存的情形。气三态共存的情形。n n有时物态也称为相，常见的物质三态也称为固相、液相、气有时物态也称为相，常见的物质三态也称为固相、液相、气有时物态也称为相，常见的物质三态也称为固相、液相、气有时物态也称为相，常见的物质三态也称为固相、液相、气相。物质中物理性质均匀和其他部分之间有一定分界面隔开相。物质中物理性质均
13、匀和其他部分之间有一定分界面隔开相。物质中物理性质均匀和其他部分之间有一定分界面隔开相。物质中物理性质均匀和其他部分之间有一定分界面隔开的部分称为物质的一个相。例如的部分称为物质的一个相。例如的部分称为物质的一个相。例如的部分称为物质的一个相。例如12121212C C C C（碳）处于固态时，可以（碳）处于固态时，可以（碳）处于固态时，可以（碳）处于固态时，可以有金刚石、石墨、有金刚石、石墨、有金刚石、石墨、有金刚石、石墨、C C C C60606060三种不同的三种不同的三种不同的三种不同的相，相，相，相，它们的结构不同，物它们的结构不同，物它们的结构不同，物它们的结构不同，物理性质也不同
14、。理性质也不同。理性质也不同。理性质也不同。n n物态变化也称为相变。物态变化也称为相变。物态变化也称为相变。物态变化也称为相变。* * 气态、液态和固态物质其特性有何不同气态、液态和固态物质其特性有何不同 气态气态 从宏观上讲，是指既没有一定的形状，也没有一定从宏观上讲，是指既没有一定的形状，也没有一定的体积的物体，它总是充满整个容器，很容易被压的体积的物体，它总是充满整个容器，很容易被压缩。从微观上讲，气体分子间距很大，它们的相互缩。从微观上讲，气体分子间距很大，它们的相互作用力很小，除了在相互发生碰撞或与器壁发生碰作用力很小，除了在相互发生碰撞或与器壁发生碰撞以外，气体分子的运动近似地可
15、以看做是匀速直撞以外，气体分子的运动近似地可以看做是匀速直线运动，直到与其他分子或器壁发生碰撞为止，因线运动，直到与其他分子或器壁发生碰撞为止，因此气体总是充满整个容器。两种不同的气体混合后，此气体总是充满整个容器。两种不同的气体混合后，总是均匀地混合在一起，不会像两种不相溶的液体总是均匀地混合在一起，不会像两种不相溶的液体那样会出现明显的分界面。那样会出现明显的分界面。 液态液态 从宏观上讲，是指具有一定的体积，不容易被压缩，从宏观上讲，是指具有一定的体积，不容易被压缩，但没有一定的形状，能够流动的物体。从微观上讲，组但没有一定的形状，能够流动的物体。从微观上讲，组成物质的微粒（以下简称为分
16、子）相互间也有较强的作成物质的微粒（以下简称为分子）相互间也有较强的作用力，分子的排列情况更接近于固体，只是它们的有规用力，分子的排列情况更接近于固体，只是它们的有规则排列局限于很小的区域内（约在则排列局限于很小的区域内（约在1010m m的范围内），的范围内），而众多的这些小区域之间则是完全无序地聚合在一起。而众多的这些小区域之间则是完全无序地聚合在一起。组成液体的分子的运动主要也是在某一平衡位置附近做组成液体的分子的运动主要也是在某一平衡位置附近做无规则振动，但振动一小段时间就会挣脱周围分子的束无规则振动，但振动一小段时间就会挣脱周围分子的束缚而转移到另一个新的平衡位置附近，因此液体具有流
17、缚而转移到另一个新的平衡位置附近，因此液体具有流动性。动性。 液体分子在同一位置附近做振动的时间长短并不相液体分子在同一位置附近做振动的时间长短并不相同，但每一种液体，在一定的温度和压力下，分子在同，但每一种液体，在一定的温度和压力下，分子在同一位置附近振动的持续时间的平均值是确定的，称同一位置附近振动的持续时间的平均值是确定的，称为为“定居时间定居时间”。例如液态金属的分子定居时间的数例如液态金属的分子定居时间的数量级为量级为1010- -S S，水的分子定居时间数量级为，水的分子定居时间数量级为10101111S S。同一种液体，温度越高，分子定居时间越短，而分子同一种液体，温度越高，分子
18、定居时间越短，而分子定居时间越短，则表示液体流动性越好。定居时间越短，则表示液体流动性越好。 固态固态 从宏观上讲，是指具有一定的体积和形状的物体，从宏观上讲，是指具有一定的体积和形状的物体，从微观上讲，是指组成物质的微观粒子按一定规则从微观上讲，是指组成物质的微观粒子按一定规则周期性、对称性地排列，因此，我们讲的固态是结周期性、对称性地排列，因此，我们讲的固态是结晶态。组成结晶态的物质微粒都有较强的相互作用晶态。组成结晶态的物质微粒都有较强的相互作用力（这种相互作用力称为力（这种相互作用力称为“键键”，常见的有离子键、，常见的有离子键、共价键、金属键等），这些微粒在各自的平衡位置共价键、金属
19、键等），这些微粒在各自的平衡位置附近做无规则的振动，一般不能离开自己的平衡位附近做无规则的振动，一般不能离开自己的平衡位置，因此固体有一定的体积，也有一定的形状，并置，因此固体有一定的体积，也有一定的形状，并且熔化和凝固都有确定的温度，即有确定的熔点。且熔化和凝固都有确定的温度，即有确定的熔点。此外，对于单晶体，它还具有规则的几何形状和物此外，对于单晶体，它还具有规则的几何形状和物理性质各向异性的特点。理性质各向异性的特点。 2-1 气体气体v11 理想气体理想气体分子体积与气体体积相比可以忽略不计分子体积与气体体积相比可以忽略不计分子之间没有相互吸引力分子之间没有相互吸引力分子之间及分子与器
20、壁之间发生的碰撞分子之间及分子与器壁之间发生的碰撞 不造成动能损失不造成动能损失 （1）理想气体的状态方程式）理想气体的状态方程式波义尔定律：当波义尔定律：当波义尔定律：当波义尔定律：当n n和和和和T T一定时，气体的一定时，气体的一定时，气体的一定时，气体的V V与与与与p p成反比成反比成反比成反比 V V 1/1/1/1/p p （1 1）查理查理查理查理- -盖吕萨克定律：盖吕萨克定律：盖吕萨克定律：盖吕萨克定律： n n和和和和p p一定时一定时一定时一定时，V V与与与与T T成正比成正比成正比成正比 V V T T （2 2）阿佛加德罗定律：阿佛加德罗定律：阿佛加德罗定律：阿佛
21、加德罗定律：p p与与与与T T一定时，一定时，一定时，一定时，V V和和和和n n成正比成正比成正比成正比 V V n n （3 3）以上三个经验定律的表达式合并得以上三个经验定律的表达式合并得以上三个经验定律的表达式合并得以上三个经验定律的表达式合并得V V nT/pnT/p (4)(4)实验测得（实验测得（实验测得（实验测得（4 4）的比例系数是）的比例系数是）的比例系数是）的比例系数是R R，于是得到于是得到于是得到于是得到 pV=nRT (5)(5) 这就是理想气体状态方程式这就是理想气体状态方程式这就是理想气体状态方程式这就是理想气体状态方程式注意：注意：R的取值，的取值，P、V、
22、n、T单位之间关系单位之间关系 (2) 气体分压定律气体分压定律( (1801 Dalton 道尔顿提出道尔顿提出)分压的概念分压的概念 分体积的概念分体积的概念 P总、总、P分、分、V总、总、V分、分、n总、总、n分分之间的关系之间的关系 分压定律分压定律分压分压分压分压: : : : 指混合气体中的某种气体单独占有混气体的体积指混合气体中的某种气体单独占有混气体的体积指混合气体中的某种气体单独占有混气体的体积指混合气体中的某种气体单独占有混气体的体积 时所呈现的压强时所呈现的压强时所呈现的压强时所呈现的压强. . . .分压定律分压定律分压定律分压定律: : : :混合气体的总压等于组成混
23、合气体的各气体混合气体的总压等于组成混合气体的各气体混合气体的总压等于组成混合气体的各气体混合气体的总压等于组成混合气体的各气体 的分压之和的分压之和的分压之和的分压之和.1801.1801.1801.1801年道尔顿提出年道尔顿提出年道尔顿提出年道尔顿提出, , , ,又称道尔顿分压又称道尔顿分压又称道尔顿分压又称道尔顿分压 定律定律定律定律. . . . p p总总 = = ppi i = p = p1 1 + p + p2 2 + p + p3 3 + + p p总总V V总总 = n= n总总RT RT p pi iV V总总 = = n ni iRTRT p pi i/p/p总总 =
24、 = n ni i/n/n总总 p pi i = = x xi ip p总总 (3) 气体扩散定律气体扩散定律(1831 Graham 格拉罕姆提出格拉罕姆提出)同温同压下同温同压下某种气态物质的扩散速度与其密度的平方某种气态物质的扩散速度与其密度的平方根成反比，这就是气体扩散定律根成反比，这就是气体扩散定律. . u u i i = 1/= 1/i i u A / u B= B / A u A / u B= M r (B) / M r (A) 气气体越轻体越轻, ,扩散速度越快扩散速度越快; ;反之反之, ,亦然亦然 1-2 实际气体状态方程式实际气体状态方程式 在恒温条件下，一定量理想气体
25、的在恒温条件下，一定量理想气体的pVpV乘积是一个常乘积是一个常数，而实际气体却不是这样。数，而实际气体却不是这样。 实际气体分子较高压时分子本身体积不能忽略实际气体分子较高压时分子本身体积不能忽略, 体系中分子本身总体积为体系中分子本身总体积为: nb 实际气体处于较高压时分子间有相互吸引力实际气体处于较高压时分子间有相互吸引力, , 即有内压强即有内压强: : p p内内(n/V)(n/V)2 2 p内内= a (n / V)2 实际气体的方程实际气体的方程 (p + (p + a n 2/ V2 )(V )(V n b) = n R T n b) = n R T1-3 气体的液化（自学）
26、气体的液化（自学）1-4 气体分子的速率分布和能量分布（自学）气体分子的速率分布和能量分布（自学）1-5 气体分子运动论（自学）气体分子运动论（自学） 2-2 液体液体2-1 液体的蒸发液体的蒸发（1）蒸发过程）蒸发过程（2）饱和蒸气压）饱和蒸气压 l g = 此式为克劳修斯此式为克劳修斯 克拉贝龙方程克拉贝龙方程（3）蒸发热蒸发热2-2 液体的沸点液体的沸点 液体饱和蒸气压与外界大气压相等时的温度液体饱和蒸气压与外界大气压相等时的温度P1、p2:对应温度下饱和蒸气压，对应温度下饱和蒸气压，PaT1、T2:对应压力下液体沸点，对应压力下液体沸点，KHvap: 相变潜热，相变潜热，kJmol-1
27、. 试判断高原地区水的沸点能不能达到试判断高原地区水的沸点能不能达到100100？ 已知：水在沸点时的相变潜热为已知：水在沸点时的相变潜热为40.63 40.63 kJmol-1. 水在水在1.013101.013105 5 Pa时的沸点为时的沸点为373K 2-3 固体固体3-1 晶体与非晶体晶体与非晶体（1）概念）概念（2）晶体与非晶体的不同点）晶体与非晶体的不同点 （a）可压性和可压性和扩散性均不同扩散性均不同 （b）晶体有固定的外形，非晶体没有晶体有固定的外形，非晶体没有 （c）晶体有固定的熔点，非晶体没有晶体有固定的熔点，非晶体没有 （d）晶体有各向异性，非晶体则是各向同性的晶体有各
28、向异性，非晶体则是各向同性的3-2 晶体的外形晶体的外形 七大晶系七大晶系3-3 晶体的内部结构晶体的内部结构（1）十四种晶格）十四种晶格三斜三斜P单斜单斜P单斜单斜C正交正交P正交正交C正交正交I正交正交F四方四方P四方四方F三方三方P六方六方P立方立方P立方立方F立方立方I（2）晶胞）晶胞 NaCl的晶胞的晶胞CsCl的晶胞的晶胞ZnS的的晶胞晶胞晶胞是晶体的代表，是晶晶胞是晶体的代表，是晶体中的最小单位。晶胞并体中的最小单位。晶胞并置起来，则得到晶体。置起来，则得到晶体。晶胞的代表性体现在以下两个方面：晶胞的代表性体现在以下两个方面： 一是代表晶一是代表晶体的化学组成；二是代表晶体的对称性，即与晶体的化学组成；二是代表晶体的对称性，即与晶体具有相同的对称元素体具有相同的对称元素 对称轴，对称面和对称轴，对称面和对称中心对称中心 ) 。晶胞是具有上述代表性的体积最小、直角最多的晶胞是具有上述代表性的体积最小、直角最多的平行六面体。平行六面体。
