[科普中国]-物态变化

物态变化：在物理学中，我们把物质从一种状态变化到另一种状态的过程，叫做物态变化。它们两两之间可以相互转化，所以物态变化有6种：熔化**、**凝固、汽化、液化、升华、凝华。1

其他物态如：等离子态、超固态、中子态、玻色-爱因斯坦凝聚态、软物质等。

介绍1、物态：由于构成物质的大量分子在永不停息地做无规则热运动，且不同的分子做热运动的速度不同，就形成了物质的三种状态：固态**、液态、气态，在物理学中，我们把物质的状态称为物态**。

2、如何判断发生的是哪种物态变化：关键是找到物质在发生物态变化前后的两种状态，再根据定义进行比较，就可以得出正确的结论。

过程三态六变及吸热放热情况：

熔化：固态→液态（吸热）

凝固：液态→固态（放热）

汽化：（分沸腾和蒸发）： 液态→气态 （吸热）

液化：（两种方法：压缩体积和降低温度）： 气态→液态 （放热）

升华：固态→气态 （吸热）

凝华：气态→固态（放热）

（注意：这里所说的“吸热”与“放热”的“热”都是指的热量，而不是指的温度、内能、热值、比热容等热力学概念。即为“吸收热量”与“放出热量”的简称2。在物理学中，热量不能说“含有多少热量”或“具有多少热量”，只能说“吸收了多少热量”或“放出了多少热量”）

重要性物质由一种状态变为另一种状态的过程称为物态变化（change of state)。

首先是物质的固态和液态，这两者之间的关系，物质从固态转换为液态时，这种现象叫熔化，熔化要吸热，比如冰吸热熔化成水，反之，物质从液态转换为固态时，这种现象叫凝固，凝固要放热，比如水放热凝固成冰。在这些从固态转换为液态的固体又分为晶体和非晶体，晶体有熔点，就是温度达到熔点时（持续吸热）就会熔化，熔化时温度一直等于熔点，完全融化后温度才会上升。非晶体没有固定的熔点，所以熔化过程中的温度不定，如石蜡在融化过程中温度不断上升。晶体熔化时温度不变，存在三种状态，例：冰熔化时，温度为0℃，同时存在冰的固态，水的液态和冰与水的固液共存态。

然后是物质气态与液态的变化关系，物质从液态转换为气态，这种现象叫汽化，汽化又有蒸发和沸腾两种方式，蒸发发生在液体表面，可以在任何温度进行，是缓慢的。沸腾发生在液体表面及内部，必须达到沸点，是剧烈的。汽化要吸热，液体有沸点，当温度达到沸点时，温度就不会再升高，但是仍然在吸热；物质从气态转换为液态时，这个现象叫液化，液化要放热。例如水蒸气液化为水，水蒸发为水蒸气。加快液体的蒸发速度的方法一般有：1.增加液体的表面积；2.加快液体表面的空气流速；3.提高液体的温度；4.降低周围环境的水蒸气含量，使其无法饱和（就是使空气干燥。）。

最后是我们不常见的物质固态和气态的关系，物质从固态直接转换为气态，这种现象叫做升华，生活中常见的可升华的物质有干冰、樟脑丸等。然后是物质直接从气态转换为固态，这叫凝华。升华吸热（想让固体升华，不能让那种固体达到其熔点，不然会先熔化再汽化），凝华放热。

在发生物态变化之时，物体需要吸热或放热。当物体由高密度向低密度转化时，就是吸热；由低密度向高密度转化时，则是放热。而吸热或放热的条件是热传递，所以物体不与周围环境存在温度差，就不会产生物态变化。例如0℃的冰放在0℃的空气中不会熔化。

这就是物态变化三者之间的关系，他们转换的依据主要是温度。

物质从固态变为液态，从液态变为气态以及从固态直接变为气态的过程，需要从外界吸收热量；而物质从气态变为液态，从液态变为固态以及从气态直接变为固态的过程中，向外界放出热量。

新型物态等离子态朗穆尔，（1881——1957），于1925年首次提出“等离子态”概念。

固态在一定温度下变成液态，液态在一定温度下变成气态，气态继续加温将变成等离子态。这是气体在约几百万度的极高温或在其它粒子强烈碰撞下所呈现出的物态，这时，电子从原子中游离出来而成为自由电子。等离子体就是一种被高度电离的气体，但是它又处于与“气态”不同的“物态”——“等离子态”3。

太阳及其它许多恒星是极炽热的星球，它们就是等离子体。宇宙内大部分物质都是等离子体。地球上也有等离子体：高空的电离层、闪电、极光等等。日光灯、水银灯里的电离气体则是人造的等离子体。

超固态在140万大气压下，物质的原子就可能被“压碎”。电子全部被“挤出”原子，形成电子气体，裸露的原子核紧密地排列，物质密度极大，这就是超固态。一块乒乓球大小的超固态物质，其质量至少在1000吨以上。

已有充分的根据说明，由原子构成的质量较小的恒星发展到后期阶段的白矮星，由中子堆砌成的中子星，以及至今人们了解非常有限的黑洞都处于这种超固态。它的平均密度是水的几万到一亿倍。

中子态在更高的温度和压力下，原子核也能被“压碎”。我们知道，原子核由中子和质子组成，在更高的温度和压力下从原子核里放出的质子，在极大的压力下，质子吸收电子，和电子结合成为中子。这样一来，物质的构造发生了根本的变化，原来是原子核和电子，此时此刻却都变成了中子。这样的物质呈现出中子紧密排列的状态，叫做“中子态”。

这种形态大部分存于一种叫“中子星”的星体中，它是由大质量恒星晚年发生收缩而造成的，所以，中子星是小得可怜的、没有生机的星球。

玻色-爱因斯坦凝聚态Bose-Einstein condensation (BEC)玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)是科学巨匠爱因斯坦在80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。

软物质1991年，诺贝尔奖获得者、法国物理学家德热纳（P. G. De Gennes）在诺贝尔奖授奖会上以“软物质”为演讲题目，用“软物质”一词概括复杂液体等一类物质，得到广泛认可。从此软物质这个词逐步取代美国人所说的“复杂流体”，开始推动一门跨越物理，化学，生物三大学科的交叉学科的发展。软物质如液晶、聚合物、胶体、膜、泡沫、颗粒物质、生命体系等，在自然界、生命体、日常生活和生产中广泛存在。它们与人们生活息息相关，如橡胶、墨水、洗涤液、饮料、乳液及药品和化妆品等等；在技术上也有广泛应用，如液晶、聚合物等；生物体基本上软物质组成，如细胞、体液、蛋白、DNA等。在我们日常所说的“软”的概念里，主要的特征就是容易形变。在软物质这个名词里也有类似的含义。

例如：

熔化:铁变成铁水，石蜡变成液态，海波变成液态

凝固：铁水变成铁，液态沥青放热凝固，液态石蜡放热凝固

汽化:沸腾，蒸发，酒精挥发

液化：露，雾，“白气”

升华:碘变成碘蒸气，冰变成水蒸汽,樟脑片不见了

凝华：霜，雾凇，冰花 ，雪

除此之外，还有等离子态、超固态、中子态。

变化现象更多自然界中所发生的物态变化现象4：

1．夏天从冰糕上滴落的水滴（熔化）

2．冰粒变成雨滴降落下来（熔化）

3．修柏油马路时，用大熔灶熔沥青（熔化）

4．冰放在太阳下，一会儿就变成了水（熔化）

5．将钢放在炼钢炉内，一会儿就变成了钢水（熔化）

6．纯水凝结，结成冰块（凝固）

7．钢水浇铸成车轮（凝固）

8．雪灾中电线杆结起了冰柱（凝固）

9．钢水烧铸成火车轮（凝固）

10．火山喷发（先熔化后凝固）

11．秋天，清晨的雾在太阳出来后散去（汽化——蒸发）

12．洒在地面上的水不见了（汽化——蒸发）

13．擦在皮肤上的酒精马上干了（汽化——蒸发）

14．游泳上岸后身上感觉冷（汽化——蒸发）

15．烧开一壶水（汽化——沸腾）

16．夏天，冰棍周围冒“白气”（液化）

17．夏天，水缸外层“出汗”（液化）

18、早晨，草木上的小水滴（液化）

19．早晨的浓雾、露水（液化）

20．夏天，从冰箱里拿出来的饮料罐“出汗”（液化）

21、洗热水澡后，卫生间的玻璃变得模糊不清，一会儿又变得清晰起来（先液化后汽化）

22、用电热水器烧水，沸腾时不断有“白汽”冒出（先汽化后液化）

23、高温加热碘，碘的体积变小（升华）

24．衣箱中的樟脑丸渐渐变小（升华）

25．冬天，室外冰冻的衣服也会干（升华）

26．寒冷的冬天，堆的雪人变小了（升华）

27．灯丝（钨丝）变细（升华）

28．干冰（固态二氧化碳）用来人工降雨（先升华后液化）

29．冬天，玻璃窗内表面上形成的冰花（或“窗花”）（凝华）

30．屋顶的瓦上结了一层霜（凝华）

31．北方冬天的树挂（凝华）

32．南方雪灾中见到的雾淞（凝华）

33．灯泡（钨丝）发黑（凝华）

34．雪糕纸中发现的“白粉”（凝华）

35．干冰（固态二氧化碳）用来打造绝妙的舞台效果（先升华后液化）

36．雨的形成：①汽化（或蒸发）→液化→凝固→熔化；②汽化（或蒸发）→凝华→熔化

③汽化（或蒸发）→液化

水的三大名称：

固态：冰（凝固）、霜（凝华）、雪（凝华）、凇、“窗花”（凝华）、雹（凝固）、白冰

液态：水、露（液化）、雨（液化）、雾（液化）、“白气”（液化）

气态：水蒸气【注：水蒸气不可见，可见的是水蒸气液化形成的水珠。】

知识梳理物态变化一、地球上水的物态变化 物态变化与我们的世界

⑴物态变化：①定义：物质由一种形态变为另一种形态的过程

②物质三态：固态、液态、气态；物体三态：固体、液体、气体

③种类：a.熔化：物质由固态变到液态的过程

b.凝固：物质由液态变到固态的过程

c.汽化：物质由液态变到气态的过程

d.液化：物质由气态变到液态的过程

e.升华：物质由固态直接变到气态的过程

f.凝华：物质由气态直接变到固态的过程（简记为“三态六变”）。

⑵水循环：①雪、雨、水蒸气是水的三态；雨、雪、雹统称降水

②水循环过程：海水汽化→水蒸气遇冷液化（或汽化→凝华→熔化）

③地球的三大生态系统：湿地、森林、海洋。

⑶物态种类：固态、液态、气态、等离子体（气体被加热至上万℃时，将成为正负带电粒子组成的集合体）、超固态（白矮星、中子星、黑洞）、软物质（液晶、聚合物、胶体、膜、泡沫、颗粒物质、生命物质）

【液晶：a.定义：在特定条件下具有晶体结构的液体

b.特点：用极其微小的电流就能控制和改变其分子排列

c.应用：液晶电视机、液晶电脑、移动电话、电子地图】

补充：（在新物态的研究中作出卓越贡献的物理学家：朗缪尔发现等离子体，热纳发现软物质）

⑷物态变化的利用：

①热管：a.构造：一根密封的真空金属管，管内衬有一层叫吸液芯的多孔材料，里面装有酒精或其他液体； b.工作原理：热端受热，液体吸收热量汽化，蒸汽在管子里跑到冷端，在管壁遇冷液化，放出热量，冷凝后回到热端，循环往复；c.优点：把高温部分的热迅速传递到低温部分，使物体各部分温度基本均匀。

先汽化吸热,再液化放热）

③人类文明进展：蒸汽机时代→电气化时代→信息时代

④水污染物：生活污水、工业废水、工业固体废物、生活垃圾

⑤水污染会造成赤潮和水华等灾害。

温度计⑴温度：①定义：表示物体的冷热程度的物理量，微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度

②用来量度物体温度数值的标尺叫温标。它规定了温度的读数起点（零点）和测量温度的基本单位，有华氏温标(°F)、摄氏温标（°C）、热力学温标(K)和国际实用温标

③单位换算：T(表示热力学温标)=273.15+t（表示摄氏温度），T（表示华氏温度）=1.8t（同上）+32

④温度是大量分子热运动的集体表现，含有统计意义。对于个别分子来说，温度是没有意义的

⑤温度与人类生活息息相关，人的正常体温为37°C或310K。无论人类如何改进低温技术,0K（-273.15℃）的温度都是达不到的，因此0K的温度又称为“绝对零度”或“绝对度”。

⑵温度计：①定义：能够快速准确测量出物体温度的仪器

②工作原理：a.常用温度计（温度计、体温计、寒暑表）是根据液体（如汞、水银、酒精、煤油）的热胀冷缩原理制成的； b.数字式温度计是根据物体的导电性与温度的关系制成的

c.彩色温度表：根据物体在高温条件下所发的光的颜色来估测温度

③注意：a.一切物体都具有热胀冷缩的性质。水在4℃以上会热胀冷缩而在4℃以下会冷胀热缩，也叫水的反膨胀。这意味着，冰将会浮在水面。

b.汞（又称水银）是唯一一种在常温下呈液态的金属物质

④常用温度计的量程和分度值：一般温度计量程-20℃—100℃，分度值1℃

寒暑表量程-20℃—60℃，分度值2℃

体温计量程35℃—42℃，分度值0.1℃。人体的正常温度为36.3℃—37.3℃

⑤使用方法：a.观察其量程、分度值、零刻度线

b.要使玻璃泡与被测液体充分接触，且不能碰到容器的底部和侧壁

c.要待其示数稳定后再读数，读数时视线要与液柱上表面齐平，且要注意示数是在零刻度线的上部还是下部（用负数读数）

d.记数由数字和单位构成

⑥体温计特点：玻璃泡上端有缩口，使体温计离开人体后温度稳定不变（第二次测量时只需轻轻甩动使温度降至正常温度即可）【除体温计外，其他温度计不可以甩动】

⑦错误操作：a.用温度计直接测量燃烧的酒精灯的温度；b.用寒暑表测量沸水的温度；c.用水银温度计测量南北两极的温度；d.使用时碰到容器的底部和侧壁等。

【拓展：（摄氏温度的由来）冰水混合物的温度始终为0℃，在常温常压下，水的沸点为100℃，在0℃~100℃之间由100个分度值划分，每个分度值表示1℃】

熔化和凝固⑴固体的分类：①晶体：a.定义：有规则结构的固体；（有熔点叫晶体）b.实例：雪花、钻石、食盐、糖、海波、许多矿石和所有金属； ②非晶体：a.定义：无规则结构的固体；b.实例：玻璃、松香、蜂蜡、沥青、塑料、橡胶等5。【注意：晶体分为单晶体和多晶体，非晶体在一定条件下可以转化成晶体，可见，晶体和非晶体之间并没有绝对的界限】

⑵固体的熔化特点：①晶体在熔化过程中，不断从外界吸收热量，温度保持不变；非晶体在熔化过程中不断吸收热量，温度持续上升

②晶体在熔化时的温度叫做熔点。不同的晶体有不同的熔点，非晶体没有固定的熔点；

③晶体在熔化时是固液共存态；而非晶体是由硬变软，然后逐渐变成液态

④晶体熔化条件：温度达到熔点，继续吸热（二者缺一不可）

⑶液体的凝固特点：①晶体在凝固过程中，不断放出热量，温度保持不变；非晶体在凝固过程中不断放出热量，温度不断下降。相同使劲吸收相同的热量

②晶体在凝固时的温度叫凝固点。晶体有一定的凝固点，而非晶体没有

③晶体在凝固过程中有固液共存态，而非晶体没有

④凝固是熔化的逆过程，同种物质的熔点和凝固点相同

⑤液体凝固的条件：温度达到凝固点，继续放热（缺一不可）

⑷补充：a.冰水混合物的温度始终为0℃

b.晶体的熔点跟气压的大小有关，熔化时体积变大的物体，在气压增大时熔点升高

c.晶体中含有杂质时，其熔点会发生变化（当冰中含有酸碱盐糖时，其熔点会降低）

⑸火山喷发与太空材料（如砷化镓）的制造过程：先熔化后凝固。

汽化和液化物质从液态变为气态过程叫汽化。

Ⅰ、汽化：⑴两种方式：蒸发和沸腾

⑵蒸发：①定义：液体在任何温度下均可发生，并且只在液体表面发生的汽化现象

②影响蒸发快慢的因素：a.液体的温度；

b.液体上方空气流动速度；

c.液体的表面积

d.液体的种类

③特点：蒸发吸热，有制冷作用

⑶沸腾：①定义：在一定温度下，液体内部和表面同时发生的剧烈汽化现象

②液体在沸腾过程中温度保持不变，此时的温度叫做沸点，不同物质的沸点不同

③液体沸腾的条件：温度达到沸点，继续从外界吸热（缺一不可）

④影响沸点的因素：液体的沸点与气压的大小有关，气压减小，沸点降低，气压增大，沸点升高。

Ⅱ、液化：从气态变为液态的过程叫液化。

①两种方式：降低温度或压缩体积；（不可将“压缩体积”简称为“加压”）

②液化要放热

③降低温度适用于所有气体，而压缩体积只适用于部分气体

④补充：水蒸气是看不见的，我们看得见的“白汽”“白雾”都不是水蒸气，都是液态的小水珠，是水蒸气遇冷后液化形成的。

升华和凝华Ⅰ、升华（吸热），凝华（放热）

Ⅱ、判断物态变化是不是升华或凝华，要看变化中间是否经历了液态，若经历了液态，则不是升华或凝华现象；若没有经历液态，则一定是升华或凝华现象。

Ⅲ**、**生活中常见的升华现象：①灯丝（或钨丝）变细

②冬天，室外冰冻的衣服晾干了

③衣箱中的樟脑丸（或卫生球）渐渐变小

④高温加热碘，碘的体积变小

⑤寒冷的冬天，堆的雪人变小了

⑥干冰（固态二氧化碳）升华用来打造绝妙的舞台效果，也可用来人工降雨

Ⅳ**、**生活中常见的凝华现象： ①冬天，玻璃窗内表面上结的冰花

②北方冬天的树挂

③霜的形成

④南方雪灾中见到的雾淞

⑤灯泡（或钨丝）发黑

⑥雪糕纸中发现的“白粉”。

学习口诀温度计

测温度的温度计，热胀冷缩是规律。

冰水混合作零度，标准沸水百度计。

温度计的使用

泡全浸入被测液，不碰容器底或壁。

进入稍候一会儿，示数稳定再读数。

计数仍留被测液，视线与柱上面平。

读数：仰读偏小俯偏大。

熔化和凝固

固态变液为熔化，液态变固称凝固。

固体分晶和非晶，非晶熔化无局限。

晶体熔化有熔点，吸收热量温不变。

汽化和液化

汽化

液态变气称汽化，包括沸腾和蒸发。

蒸发发生液表面，任何温度都进行。

液体蒸发要吸热，依附物体温下降。

剧烈汽化是沸腾，内部表面同进行。

一定温度才发生，沸腾吸热温(度)不变。

沸腾温度叫沸点，不同液体沸点异。

压强与之有关系，压强减小沸点(降)低。

液化

气态变液称液化，液化方法有两种。

降低温度能液化，压缩体积也可以。

液化现象要放热，雾、露、白气是液化。

升华和凝华

固态变气是升华，气态变固是凝华。

升华吸热凝华放，樟脑变小因升华。

紫碘微热便升华，凝华雪花和霜花。

本词条内容贡献者为:

郎奠波 - 副教授 - 黑龙江财经学院