第1章 物质的状态 第1节 物质的聚集状态

第一章物质的状态第一章物质的状态第一节物质的聚集状态第二节物质的分散状态第一节物质的聚集状态一、气体(gas,g)二、液体(liquid,l)三、固体(solid,s)四、等离子体一、气体1气体的基本物理特性：扩散性和可压缩性气体没有固定的体积和形状气体是最易被压缩的一种聚集状态不同的气体能以任意比例相互均匀地混合气体的密度比液体和固体的密度小得多描述气体的参数为：体积(V)压力(p)温度(T)物质的量(n)2理想气体状态方程理想气体：分子本身体积忽略不计分子之间没有相互作用力只有在温度较高和压力很低时，实际气体才接近于理想气体。2理想气体状态方程p－气体的压力(Pa)V－气体的体积(m3)n－气体物质的量(mol)T－气体热力学温度(K)

R－摩尔气体常数(8.314J/(

mol·K))m－气体的质量(kg)M－气体的摩尔质量(kg/mol)－气体的密度(kg/m3)注意：①R的取值，P、V、n、T单位要一致②只有理想气体及近似理想气体才可用上式计算2理想气体状态方程解：根据例1已知淡蓝色氧气钢瓶容积为50L，在20℃时，当它的压力为1000kPa时，估算钢瓶内所剩氧气的质量。

3理想气体的分压定律道尔顿(Dalton)气体分压定律:混合气体的总压等于组成混合气体的各组分气体的分压之和，即组分气体：理想气体混合物中每一种气体都称为混合气体的一种组分气体。分压：在相同温度下组分气体I单独占有与混合气体相同体积时所产生的压力，叫做组分气体I的分压。对于混合气体则有：两式相除得：某组分气体的物质的量分数3理想气体的分压定律例2某容器中有NH3、O2、N2气体的混合物。取样分析后知n(NH3)=0.320mol，n(O2)=0.180mol，n(N2)=0.700mol，混合气体的总压p=133.0kPa。计算各组分气体的分压。解：n=n(NH3)+n(O2)+n(N2)=0.320mol+0.180mol+0.700mol=1.200molp(N2)=p-p(NH3)-p(O2)

=(133.0-35.5-20.0)kPa=77.5kPa分压定律的应用实例分体积定律：混合气体的总体积等于组成混合气体的各组分气体的分体积之和，即V总=V1+V2+V3+……=∑Vi分体积：在相同温度下，某组分气体单独存在并且与混合气体总压相同时占有的体积，则p总

Vi

=niRT

对混合气体则有：

p总

V总=n总RT两式相除得：4理想气体的分体积定律某组分气体的物质的量分数5实际气体的状态方程V实际＞V理想p实际＜p理想a、b为范德华常数小结1气体的基本物理特性2理想气体状态方程★3理想气体的分压定律★4理想气体的分体积定律★5实际气体的状态方程V总=V1+V2+V3+……=∑Vi

p总

Vi

=niRT

二液体液体有流动性，液体只有体积而没有固定形状，其形状依赖于容器的形状。1液体的基本物理特性(1)可压缩性比气体的小，具有一定体积；(2)改变压力时对液体的体积几乎没有影响；(3)液体分子的相互扩散是一个较慢的过程；(4)液体具有对抗流动的性质，即具有粘度；(5)液体具有表面张力2液体的蒸气压液体分子与气体分子一样在不停地运动，在一定温度下每个分子的动能是不同的，具有足够高能量的分子可以克服分子间的引力而逸出液体成为气体，这一过程称为气化或蒸发。液体蒸发到液面上的气态分子叫蒸气。蒸气分子也可以失去能量重新回到液体中，这一过程称为凝结或冷凝。

蒸发为吸热过程，冷凝为放热过程。

H2O(l)H2O(g)蒸发凝结AD动态平衡BC蒸发凝结蒸发在一定温度下，当v蒸发=v凝结时，气相和液相达到动态平衡，这种与液相处于动态平衡的气体叫做饱和蒸气。饱和蒸气压：一定温度下饱和蒸气具有的压强，简称蒸气压。单位为Pa（帕）或kPa（千帕）。影响蒸气压的因素：

本性(分子间作用力)同一温度下，不同液体有不同的蒸气压。温度同一种液体，温度越高，蒸气压越大。同温度下，蒸气压小的物质称为难挥发性物质，蒸气压大的称为易挥发性物质。固体也有蒸气压，大多数固体的蒸气压都很小蒸气压大的固体易发生升华现象冰、碘、樟脑、萘等3液体的沸点沸点随外压变化的原理的应用

沸点：液体的饱和蒸汽压与外界压强相等时的温度注：当外界压强为100kPa时的沸点为正常沸点。液体的沸点与液体本身的性质和外界压强有关如水的正常沸点为100℃，在高山地区，水的沸点小于100℃，而高压锅内水的沸点则高于100℃。压力锅做饭减压蒸馏4液体的凝固点当一种液体受冷冻时，分子运动逐渐变慢，最后达到一种温度状态，分子的动能足够低，使分子间引力足以把分子固定在晶格结点上，此时物质开始凝固了。因为凝固的分子放出了它们多余的能量，所以要使温度保持恒定，必须对体系继续冷冻取走多余的能量。一种液体的正常凝固点是在100kPa下该物质液相与固相达成平衡时的温度。在凝固点时，液固平衡体系的温度一直保持恒定，直到液体完全凝固时为止。5相图“体系”与“相”的概念在科学研究中，将研究讨论的对象称为体系。体系中化学性质和物理性质完全相同的部分称为相，且相与相之间在指定的条件下有明显的界面。相与态的概念不同，态是指物质存在的状态，如油和水构成的体系，只有一个态—液态，但却包含两个相。如何确定一个系统有几相？不论有多少种气体混合，只有一相——气相根据液体互溶程度可以组成一相、两相或三相共存。一般有一种固体便有一个相。两种固体粉末无论混合得多么均匀，仍是两个相（固体溶液除外，它是单相）。①2g氯化钠投入100mL水中，搅拌后静止；②20mL的乙醇和80mL的去离子水混合并搅拌后静止；③20mL的四氯化碳与80mL去离子水混合并搅拌后止；④2mL苯酚与98mL去离子水混合并搅拌后静止；⑤2mL去离子水与98mL苯酚混合并搅拌后静止；⑥50mL苯酚与50mL去离子水混合并搅拌后静止；请分析下面几种情况系统是几相研究多相体系的状态如何随浓度、温度、压力等变量的改变而发生变化，并用图形来表示体系状态的变化，这种图就叫相图。三个区三条线一个点相变相平衡水的相图是根据实验绘制的。图上有：三个单相区

在气、液、固三个单相区内，φ=1，温度和压力都可以在一定限度内变化不会引起相的改变三条两相平衡线气液、气固、固液，φ=2，压力与温度只能改变一个，指定了压力，则温度由体系自定。OA

气-液两相平衡线，即水的蒸气压曲线。它不能任意延长，终止于临界点。临界点 ，这时气-液界面消失。高于临界温度，不能用加压的方法使气体液化。OB

气-固两相平衡线，即冰的升华曲线，理论上可延长至0K附近。OC

液-固两相平衡线，当C点延长至压力大于 时，相图变得复杂，有不同结构的冰生成。OD是AO的延长线，是过冷水和水蒸气的介稳平衡线。因为在相同温度下，过冷水的蒸气压大于冰的蒸气压，所以OD线在OB线之上。过冷水处于不稳定状态，一旦有凝聚中心出现，就立即全部变成冰。H2O的三相点温度为273.16K，压力为610.62Pa。O点是三相点，气-液-固三相共存。三相点的温度和压力皆由体系自定。6超临界流体在相图中，液态和气态之间的界面完全消失的那一点称为临界点，该点的温度、压力和体积分别称为临界温度、临界压力和临界体积，用TC、PC和VC表示。气体只有在临界温度以下加压才能液化。温度、压力略高于临界点而接近临界点的状态称为超临界状态。处于超临界状态时，气液两相性质非常接近，以至于无法分辨，故称为超临界流体，记为SCF。

超临界流体不同于一般的气体，也有别于一般液体，它本身具有许多特性：(1)扩散系数介于气体和液体之间。(2)粘度接近气体的粘度。(3)密度类似液体。它能象一般液体溶剂那样溶解许多固体物质或高沸点液体物质。(4)只要恒温下略微降低压力或恒压下略微升高温度，密度

将会发生较大降低；相应地被溶解的物质的溶解度将显著下降而导致析出。6超临界流体小结1液体的基本物理特性2液体的蒸气压★3液体的沸点★4液体的凝固点5相图6超临界流体三固体―晶体固体是分子和原子的一种有固定体积和几何形状的聚集体。按质点的聚集状态，固体有晶体和非晶体之分。晶体是由原子、离子或分子在空间按一定规律周期性地重复排列构成的固体。晶体与非晶体性质区别：晶体具有规则的几何外形。非晶体为无定形体。晶体呈现各向异性，许多物理性质，如光学性质、导电性、热膨胀系数和机械强度等在晶体的不同方向上测定时，是各不相同的。非晶体的各种物理性质不随测定的方向而改变。晶体具有固定的熔点。非晶体如玻璃受热渐渐软化成液态，有一段较宽的软化温度范围。NaCl的晶体结构金刚石的晶体结构金刚石的晶体结构石墨晶体结构三固体―非晶体结构特点组成物质的原子、分子等微粒在三维空间的排列呈杂乱无序状态物理特性组成可变，各向同性，无固定熔点，导热率和热膨胀性小，可塑性变形性大等几种典型的非晶体物质玻璃橡胶塑料

三固体―液晶晶体是各向异性的，液体则是各向同性的。一般的晶体熔化后就由各向异性转化为各向同性的液体。但是，有些物质在由晶体向液体的转变过程中，要经历一种各向异性的液态，这种状态的物质称液晶。由于液晶兼有液体的流动性和晶体的有序排列、各向异性的特点，这就使液晶有许多特别的电、磁、光学特性。笔记本电脑的液晶显示屏手机的液晶显示屏液晶显示具有功耗小、用量少、成本低、可在明亮环境下工作等优点。

物质的第四种聚集状态。太阳、恒星及地球上空的电离层等都是等离子体。自然界中也可看到等离子体现象，如闪电和极光。四等离子体等离子体产生的极光现象四等离子体人造的等离子体o荧光灯，霓虹灯灯管中的电离气体o核聚变实验中的高温电离气体o电焊时产生的高温电弧地球上的等离子体o火焰（上部的高温部分）o闪电o大气层中的电离层o极光宇宙空间中的等离子体o恒星o太阳风o行星际物质o恒星际物质o星云

定义：当气体电离产生的带电粒子密度超过一定限度(>0.1%)，电离的气体行为将主要决定于离子和电子间的库仑力。这种电离气体成为有别于普通气体的一种新的聚集态，通常称等离子体。基本特性：导电性：由于存在自由电子和带正电的离子，故具有强导电性。四等离子体电中性：虽然内部具有很多带电粒子，但在一定的空间和时间尺度内粒子所带正负电荷总数相等，因此是电中性的。与磁场可作用性：由于其是带电粒子组成的导电体，因此可用磁场控制它的位置、形状和运动，同时带电粒子集体运动又可形成磁场