第一章物質的狀態第一章物質的狀態第一節物質的聚集狀態第二節物質的分散狀態第一節物質的聚集狀態一、氣體(gas,g)二、液體(liquid,l)三、固體(solid,s)四、等離子體一、氣體1氣體的基本物理特性：擴散性和可壓縮性氣體沒有固定的體積和形狀氣體是最易被壓縮的一種聚集狀態不同的氣體能以任意比例相互均勻地混合氣體的密度比液體和固體的密度小得多描述氣體的參數為：體積(V)壓力(p)溫度(T)物質的量(n)2理想氣體狀態方程理想氣體：分子本身體積忽略不計分子之間沒有相互作用力只有在溫度較高和壓力很低時，實際氣體才接近于理想氣體。2理想氣體狀態方程p－氣體的壓力(Pa)V－氣體的體積(m3)n－氣體物質的量(mol)T－氣體熱力學溫度(K)

R－摩爾氣體常數(8.314J/(

mol·K))m－氣體的質量(kg)M－氣體的摩爾質量(kg/mol)－氣體的密度(kg/m3)注意：①R的取值，P、V、n、T單位要一致②只有理想氣體及近似理想氣體才可用上式計算2理想氣體狀態方程解：根據例1已知淡藍色氧氣鋼瓶容積為50L，在20℃時，當它的壓力為1000kPa時，估算鋼瓶內所剩氧氣的質量。

3理想氣體的分壓定律道爾頓(Dalton)氣體分壓定律:混合氣體的總壓等于組成混合氣體的各組分氣體的分壓之和，即組分氣體：理想氣體混合物中每一種氣體都稱為混合氣體的一種組分氣體。分壓：在相同溫度下組分氣體I單獨占有與混合氣體相同體積時所產生的壓力，叫做組分氣體I的分壓。對于混合氣體則有：兩式相除得：某組分氣體的物質的量分數3理想氣體的分壓定律例2某容器中有NH3、O2、N2氣體的混合物。取樣分析后知n(NH3)=0.320mol，n(O2)=0.180mol，n(N2)=0.700mol，混合氣體的總壓p=133.0kPa。計算各組分氣體的分壓。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分壓定律的應用實例分體積定律：混合氣體的總體積等于組成混合氣體的各組分氣體的分體積之和，即V總=V1+V2+V3+……=∑Vi分體積：在相同溫度下，某組分氣體單獨存在并且與混合氣體總壓相同時占有的體積，則p總

Vi

=niRT

對混合氣體則有：

p總

V總=n總RT兩式相除得：4理想氣體的分體積定律某組分氣體的物質的量分數5實際氣體的狀態方程V實際＞V理想p實際＜p理想a、b為范德華常數小結1氣體的基本物理特性2理想氣體狀態方程★3理想氣體的分壓定律★4理想氣體的分體積定律★5實際氣體的狀態方程V總=V1+V2+V3+……=∑Vi

p總

Vi

=niRT

二液體液體有流動性，液體只有體積而沒有固定形狀，其形狀依賴于容器的形狀。1液體的基本物理特性(1)可壓縮性比氣體的小，具有一定體積；(2)改變壓力時對液體的體積幾乎沒有影響；(3)液體分子的相互擴散是一個較慢的過程；(4)液體具有對抗流動的性質，即具有粘度；(5)液體具有表面張力2液體的蒸氣壓液體分子與氣體分子一樣在不停地運動，在一定溫度下每個分子的動能是不同的，具有足夠高能量的分子可以克服分子間的引力而逸出液體成為氣體，這一過程稱為氣化或蒸發。液體蒸發到液面上的氣態分子叫蒸氣。蒸氣分子也可以失去能量重新回到液體中，這一過程稱為凝結或冷凝。

蒸發為吸熱過程，冷凝為放熱過程。

H2O(l)H2O(g)蒸發凝結AD動態平衡BC蒸發凝結蒸發在一定溫度下，當v蒸發=v凝結時，氣相和液相達到動態平衡，這種與液相處于動態平衡的氣體叫做飽和蒸氣。飽和蒸氣壓：一定溫度下飽和蒸氣具有的壓強，簡稱蒸氣壓。單位為Pa（帕）或kPa（千帕）。影響蒸氣壓的因素：

本性(分子間作用力)同一溫度下，不同液體有不同的蒸氣壓。溫度同一種液體，溫度越高，蒸氣壓越大。同溫度下，蒸氣壓小的物質稱為難揮發性物質，蒸氣壓大的稱為易揮發性物質。固體也有蒸氣壓，大多數固體的蒸氣壓都很小蒸氣壓大的固體易發生升華現象冰、碘、樟腦、萘等3液體的沸點沸點隨外壓變化的原理的應用

沸點：液體的飽和蒸汽壓與外界壓強相等時的溫度注：當外界壓強為100kPa時的沸點為正常沸點。液體的沸點與液體本身的性質和外界壓強有關如水的正常沸點為100℃，在高山地區，水的沸點小于100℃，而高壓鍋內水的沸點則高于100℃。壓力鍋做飯減壓蒸餾4液體的凝固點當一種液體受冷凍時，分子運動逐漸變慢，最后達到一種溫度狀態，分子的動能足夠低，使分子間引力足以把分子固定在晶格結點上，此時物質開始凝固了。因為凝固的分子放出了它們多余的能量，所以要使溫度保持恒定，必須對體系繼續冷凍取走多余的能量。一種液體的正常凝固點是在100kPa下該物質液相與固相達成平衡時的溫度。在凝固點時，液固平衡體系的溫度一直保持恒定，直到液體完全凝固時為止。5相圖“體系”與“相”的概念在科學研究中，將研究討論的對象稱為體系。體系中化學性質和物理性質完全相同的部分稱為相，且相與相之間在指定的條件下有明顯的界面。相與態的概念不同，態是指物質存在的狀態，如油和水構成的體系，只有一個態—液態，但卻包含兩個相。如何確定一個系統有幾相？不論有多少種氣體混合，只有一相——氣相根據液體互溶程度可以組成一相、兩相或三相共存。一般有一種固體便有一個相。兩種固體粉末無論混合得多么均勻，仍是兩個相（固體溶液除外，它是單相）。①2g氯化鈉投入100mL水中，攪拌后靜止；②20mL的乙醇和80mL的去離子水混合并攪拌后靜止；③20mL的四氯化碳與80mL去離子水混合并攪拌后止；④2mL苯酚與98mL去離子水混合并攪拌后靜止；⑤2mL去離子水與98mL苯酚混合并攪拌后靜止；⑥50mL苯酚與50mL去離子水混合并攪拌后靜止；請分析下面幾種情況系統是幾相研究多相體系的狀態如何隨濃度、溫度、壓力等變量的改變而發生變化，并用圖形來表示體系狀態的變化，這種圖就叫相圖。三個區三條線一個點相變相平衡水的相圖是根據實驗繪制的。圖上有：三個單相區

在氣、液、固三個單相區內，φ=1，溫度和壓力都可以在一定限度內變化不會引起相的改變三條兩相平衡線氣液、氣固、固液，φ=2，壓力與溫度只能改變一個，指定了壓力，則溫度由體系自定。OA

氣-液兩相平衡線，即水的蒸氣壓曲線。它不能任意延長，終止于臨界點。臨界點 ，這時氣-液界面消失。高于臨界溫度，不能用加壓的方法使氣體液化。OB

氣-固兩相平衡線，即冰的升華曲線，理論上可延長至0K附近。OC

液-固兩相平衡線，當C點延長至壓力大于 時，相圖變得復雜，有不同結構的冰生成。OD是AO的延長線，是過冷水和水蒸氣的介穩平衡線。因為在相同溫度下，過冷水的蒸氣壓大于冰的蒸氣壓，所以OD線在OB線之上。過冷水處于不穩定狀態，一旦有凝聚中心出現，就立即全部變成冰。H2O的三相點溫度為273.16K，壓力為610.62Pa。O點是三相點，氣-液-固三相共存。三相點的溫度和壓力皆由體系自定。6超臨界流體在相圖中，液態和氣態之間的界面完全消失的那一點稱為臨界點，該點的溫度、壓力和體積分別稱為臨界溫度、臨界壓力和臨界體積，用TC、PC和VC表示。氣體只有在臨界溫度以下加壓才能液化。溫度、壓力略高于臨界點而接近臨界點的狀態稱為超臨界狀態。處于超臨界狀態時，氣液兩相性質非常接近，以至于無法分辨，故稱為超臨界流體，記為SCF。

超臨界流體不同于一般的氣體，也有別于一般液體，它本身具有許多特性：(1)擴散系數介于氣體和液體之間。(2)粘度接近氣體的粘度。(3)密度類似液體。它能象一般液體溶劑那樣溶解許多固體物質或高沸點液體物質。(4)只要恒溫下略微降低壓力或恒壓下略微升高溫度，密度

將會發生較大降低；相應地被溶解的物質的溶解度將顯著下降而導致析出。6超臨界流體小結1液體的基本物理特性2液體的蒸氣壓★3液體的沸點★4液體的凝固點5相圖6超臨界流體三固體―晶體固體是分子和原子的一種有固定體積和幾何形狀的聚集體。按質點的聚集狀態，固體有晶體和非晶體之分。晶體是由原子、離子或分子在空間按一定規律周期性地重復排列構成的固體。晶體與非晶體性質區別：晶體具有規則的幾何外形。非晶體為無定形體。晶體呈現各向異性，許多物理性質，如光學性質、導電性、熱膨脹系數和機械強度等在晶體的不同方向上測定時，是各不相同的。非晶體的各種物理性質不隨測定的方向而改變。晶體具有固定的熔點。非晶體如玻璃受熱漸漸軟化成液態，有一段較寬的軟化溫度范圍。NaCl的晶體結構金剛石的晶體結構金剛石的晶體結構石墨晶體結構三固體―非晶體結構特點組成物質的原子、分子等微粒在三維空間的排列呈雜亂無序狀態物理特性組成可變，各向同性，無固定熔點，導熱率和熱膨脹性小，可塑性變形性大等幾種典型的非晶體物質玻璃橡膠塑料

三固體―液晶晶體是各向異性的，液體則是各向同性的。一般的晶體熔化后就由各向異性轉化為各向同性的液體。但是，有些物質在由晶體向液體的轉變過程中，要經歷一種各向異性的液態，這種狀態的物質稱液晶。由于液晶兼有液體的流動性和晶體的有序排列、各向異性的特點，這就使液晶有許多特別的電、磁、光學特性。筆記本電腦的液晶顯示屏手機的液晶顯示屏液晶顯示具有功耗小、用量少、成本低、可在明亮環境下工作等優點。

物質的第四種聚集狀態。太陽、恒星及地球上空的電離層等都是等離子體。自然界中也可看到等離子體現象，如閃電和極光。四等離子體等離子體產生的極光現象四等離子體人造的等離子體o熒光燈，霓虹燈燈管中的電離氣體o核聚變實驗中的高溫電離氣體o電焊時產生的高溫電弧地球上的等離子體o火焰（上部的高溫部分）o閃電o大氣層中的電離層o極光宇宙空間中的等離子體o恒星o太陽風o行星際物質o恒星際物質o星云

定義：當氣體電離產生的帶電粒子密度超過一定限度(>0.1%)，電離的氣體行為將主要決定于離子和電子間的庫侖力。這種電離氣體成為有別于普通氣體的一種新的聚集態，通常稱等離子體。基本特性：導電性：由于存在自由電子和帶正電的離子，故具有強導電性。四等離子體電中性：雖然內部具有很多帶電粒子，但在一定的空間和時間尺度內粒子所帶正負電荷總數相等，因此是電中性的。與磁場可作用性：由于其是帶電粒子組成的導電體，因此可用磁場控制它的位置、形狀和運動，同時帶電粒子集體運動又可形成磁場