[科普中国]-物质

根据学科的不同，“物质”概念的具体指称有所不同[1]。在化学中，物质是指任何有特定分子标识的有机物质或无机物质，包括：(1)整体或部分地由化学反应的结果产生的物质或者天然存在物质的任何化合物；(2)任何元素或非化合的原子团。化学物质包括元素、化合物(含其中添加剂，杂质），副产物，反应中间体和聚合物。但不包括混合物、制品（剂），物品。分子能独立存在，是保持物质化学性质的最小微粒。原子是化学变化中的最小微粒，在化学反应中，原子重新组合成新物质。原子结合形成分子。离子是带电的原子或原子团。

物质定义1、天然存在的化学物质(Naturally Occurring Chemical Substance)：指任何自然环境中存在的未经加工的物质或者仅通过人力、机械或重力方式，通过溶解在水中、浮选、或通过加热脱水而没有发生化学变化的过程从自然环境中提取出来的任何物质。

2、有准确定义的化学物质(Well-defined chemical substance)：指可以用完整的化学结构式和特定的分子式描述的化学物质，尽管这类物质中取代基的位次是未知的或可变的，但取代基的数量等信息却是已知的。

3、没有准确定义的化学物质(Poorly-defined chemical substance)：指无法用完整的化学结构或/和特定的分子式描述的化学物质。

4、现有化学物质(Existing Chemical Substance)：指在法律规定期间，为了商业目的在中国国内生产或已经从国外进口并且已经列入《中国现有化学物质名录》中的化学物质。

5、新化学物质(New Chemical Substance)：指任何未包括在《中国现有化学物质名录》中的化学物质。

6、研究与开发用化学物质(Research and Development Chemical Substance)：指任何制造或进口的仅仅用来进行科学研究与开发或分析测试的化学物质。1

物质分类化学物质是化学运动的物质承担者，也是化学科学研究的物质客体。这种物质客体虽然从化学对象来看只是以物质分子为代表，然而从化学内容来看则具有多种多样形式，涉及到许许多多物质。因此，研究化学物质的分类就显得非常重要。

按照物质的连续和不连续（分立的）形式，首先可以把化学物质分为连续的宏观形态的物质，如各种元素、单质与化合物，以及不连续的微观形态的物质，如各种化学粒子等两大类物质。

化学物质树状分类法：（1）、混合物：空气、溶液、合金。（2）纯净物：1.单质：金属、非金属。2.化合物：氧化物、酸、碱、盐。

交叉分类法：同一物质按不同标准分类；例：NaSO4，可以从阳离子角度分为钠盐、阴离子角度分为阴离子。

多维分类：于化学物质的分类，正随着化学的发展而不断进行新的尝试。中国著名化学家、北京大学徐光宪教授正致力于探索一种新的化学物质分类法，即分子分类法或“多维分类”法。1982年，在中日美三国金属有机化学讨论会上，他提出了分子的（n ×c π）四维分类法及有关的七条结构规则。在新的分类法中，他提出了分子片的概念。分子片是处于原子和分子之间的一个中间层次的概念。例如无机化合物中的硫酸根、碳酸根等和有机化合物的官能团，都可视为分子片。每个分子片都由中心原子和配位体所组成。应用这种分子的分类方法，可以把数以百万计的各种有机的和无机的分子看作是各由若干分子片所组成。按照四维分类法把所有的分子分成4 大类型，即单片分子、双片分子、多片分子（含链式、环式、多环式和原子簇化合物）和复合分子（看作是由链、环、簇的的各种组合而成的复杂原子）等4大类型。组成这些分子的分子片又可以按它的价电子数的多少分为25类。对同一类分子片，还可以按其中心原子所属的周期不同进一步分类。这样，使用分子片的概念并运用四维分类法与结构规则，就可以把所有的分子进行分类。同时还可以由分子式去估算分子的结构类型，预见新的原子簇化合物和金属有机化合物，并探讨它们的反应性能等。2

存在状态物质有六种存在形态：固态、液态、气态、等离子态、玻色-爱因斯坦凝聚态、费米子凝聚态。固态物质具有形状和体积，它们的分子紧紧地结合在一起。液态物质也有体积，但没有形状，相比之下，它们的分子结合得要松散一些，因而液体可以被倾倒到一个容器中以测量它们的体积。气体既没有体积也没有形状，它们的分子会自由地移动，从而充满任何一个可以封闭它们的容器。等离子态是由等量的带负电的电子和带正电的离子组成。玻色-爱因斯坦凝聚态表示原来不同状态的原子突然“凝聚”到同一状态(一般是基态)。即处于不同状态的原子“凝聚”到了同一种状态。

气态物质

我们的生活空间被大量气体包围着。许多古人观察到：风能够将较细的树干吹弯了腰，烧开的水中会冒出气泡。因此早期的哲学家相信有一种称为“空气”的元素存在，并具有上升的倾向。17 世纪时，托里切利证明空气和固体、液体一样具有重量。到了18世纪，化学家证明了空气是多种气体的混合物，并且在化学反应中发现了许多气体。这些新发现的气体立刻就有了实际的应用，例如从煤中提炼出的气体就可以产生光与热。

液态物质

液体的粒子会互相吸引而且离得很近，所以不易将固定体积的液体压缩成更小的体积或是拉大成更大的体积。受热时，液体粒子间的距离通常都会增加，因而造成体积膨胀。当液体冷却时，则会发生相反的效应而使体积收缩。液体可以溶解某些固体，例如将食盐放入水中，食盐颗粒好像会渐渐消失。其实是因为食盐溶于水后电离出钠离子与氯离子，并均匀分布在水中，形成一种水溶液。此外，液体还可以溶解气体或其他液体。

固态物质

固态物质具有固定的形状，液体和气体则没有。想要改变固体的形状，就必须对它施力。例如挤压或拉长可以改变固体的体积，但通常变化不会太大。大部分固体加热到某种程度都会变成液体，若是温度继续升高则会变成气体。不过有些固体在受热之后就会分解，例如石灰石。晶体与金属是最重要的两种固体。

等离子态物质

将气体加热，当其原子达到几千甚至上万摄氏度时，电子就会被原子"甩"掉，原子变成只带正电荷的离子。此时，电子和离子带的电荷相反，但数量相等，这种状态称做等离子态。人们常年看到的闪电、流星以及荧光灯点燃时，都是处于等离子态。人类可以利用它放出大量能量产生的高温，切割金属、制造半导体元件、进行特殊的化学反应等. 在茫茫无际的宇宙空间里，等离子态是一种普遍存在的状态。宇宙中大部分发光的星球内部温度和压力都很高，这些星球内部的物质差不多都处于等离子态。宇宙中绝大部分物质都处于等离子态，固液气才是真正的比较稀少的物质状态。只有那些昏暗的行星和分散的星际物质里才可以找到固态、液态和气态的物质。

玻色-爱因斯坦凝聚态物质

玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)是科学巨匠爱因斯坦在70年前预言的一种新物态。这里的“凝聚” 与日常生活中的凝聚不同，它表示原来不同状态的原子突然“凝聚”到同一状态(一般是基态)。即处于不同状态的原子“凝聚”到了同一种状态。

这个新的第五态的发现还得从1924年说起，那一年，年轻的印度物理学家玻色寄给爱因斯坦一篇论文，提出了一种关于原子的新的理论，在传统理论中，人们假定一个体系中所有的原子(或分子)都是可以辨别的，我们可以给一个原子取名张三，另一个取名李四……，并且不会将张三认成李四，也不会将李四认成张三。然而玻色却挑战了上面的假定，认为在原子尺度上我们根本不可能区分两个同类原子(如两个氧原子)有什么不同。

玻色的论文引起了爱因斯坦的高度重视，他将玻色的理论用于原子气体中，进而推测，在正常温度下，原子可以处于任何一个能级(能级是指原子的能量像台阶一样从低到高排列)，但在非常低的温度下，大部分原子会突然跌落到最低的能级上，就好像一座突然坍塌的大楼一样。处于这种状态的大量原子的行为像一个大超级原子。打个比方，练兵场上散乱的士兵突然接到指挥官的命令“向前齐步走”，于是他们迅速集合起来，像一个士兵一样整齐地向前走去。后来物理界将物质的这一状态称为玻色-爱因斯坦凝聚态(BEC)，它表示原来不同状态的原子突然“凝聚”到同一状态。这就是崭新的玻爱凝聚态。

费米子凝聚态物质

根据“费米子凝聚态”研究小组负责人德博拉·金的介绍， “费米子凝聚态”与“玻色一爱因斯坦凝聚态”都是物质在量子状态下的形态，但处于“费米子凝聚态”的物质不是超导体。

量子力学认为，粒子按其在高密度或低温度时集体行为可以分成两大类：一类是费米子，得名于意大利物理学家费米；另一类是玻色子，得名于印度物理学家玻色。这两类粒子特性的区别，在极低温时表现得最为明显：玻色子全部聚集在同一量子态上，费米子则与之相反，更像是“个人主义者”，各自占据着不同的量子态。“玻色一爱因斯坦凝聚态”物质由玻色子构成，其行为像一个大超级原子，而“费米子凝聚态”物质采用的是费米子。当物质冷却时，费米子逐渐占据最低能态，但它们处在不同的能态上，就像人群涌向一段狭窄的楼梯，这种状态称作“费米子凝聚态”。2

代表****物

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化学中最重要的概念-基准物质基准物质praimary standard是分析化学中用于直接配制标准溶液或标定滴定分析中操作溶液浓度的物质。 基准物质的定义越来越准确，分类明确，在许多领域有着重要的作用。

根据ISO指南，标准物质及有证标准物质的定义如下：

标准物质(ReferenceMaterial，RM)———具有一种或多种足够均匀和很好确定了的特性值，用以校准测量装置，评价测量方法或给材料赋值的材料或物质。

有证标准物质(CertifiedReferenceMaterial，CRM)———附有证书的标准物质，其一种或多种特性值用建立了溯源性的程序确定，使之可溯源到准确复现的表示该特性值的测量单位，证书上给出的每个特性值都附有给定置信水平的不确定度。

对于RM或CRM，在我国的不同行业、不同的领域有不同的称谓。计量工作者通常将其称为“标准物质”，并采用与上述ISO指南-30相一致的定义[4]；而标准化工作者则更习惯将其称为“标准样品”(简称“标样”)，并在GB/T15000.2-1994[5]中给出如下定义：标准样品(RM)———是具有足够均匀的一种或多种化学的、物理的、生物学的、工程技术的或感官的等性能特征，经过技术鉴定，并附有说明有关性能数据证书的一批样品。有证标准样品(CRM)———是具有一种或多种性能特征，经过技术鉴定，附有说明上述性能特征的证书，并经国家标准化管理机构批准的标准样品。

从以上定义看，它们既有计量学方面的特性，又有标准化方面的内涵。就冶金、有色金属等行业而言，两者没有本质区别，其英文的描述也是相同的(RM、CRM)；对研制工作者来说，其研制程序是相同的，对其内在质量要求也是一样的；对使用者而言，其作用也是相同或相近的。所不同的只是目前管理的机构、申批程序不同，强调的侧重点略有差异。

基准物质要求是一种高纯度的，其组成与它的化学式高度一致的化学稳定的物质（例如一级品或纯度高于一级品的试剂)。

基准物质应该符合以下要求：①组成与它的化学式严格相符。若含结晶水，其结晶水的含量也应该与化学式相符合；②纯度足够高，主成分含量在99.9%以上，且所含杂质不影响滴定反应的准确度。③性质稳定，例如，不易吸收空气中的水分，二氧化碳以及不易被空气中的氧所氧化。④参加反应时，按反应式定量地进行，不发生副反应。⑤最好有较大的摩尔质量，在配制标准溶液时可以称取较多的量，以减少称量的相对误差。

常用基准物质及分类常用的基准物质有银、铜、锌、铝、铁等纯金属及氧化物、重铬酸钾、碳酸钾、氯化钠、邻苯二甲酸氢钾、草酸、硼砂等纯化合物。20世纪50年代以后，不少人考虑到电量（库仑数）可以准确测量，建议用库仑作为一种实用的基准物质，代替一些纯的化学试剂。

一般地，标准物质可以分为三类：

1、化学成分标准物质，如金属、化学试剂等

2、理化特性标准物质，如离子活度、粘度标样等

3、工程技术标准物质，如橡胶、音频标准等

按照形态来分，标准物质可以分为标准溶液、标准气体、固体标准物质。2

本词条内容贡献者为:

李廉 - 副教授 - 中国矿业大学