物体有多少种状态？

物体有多少种状态?

　　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聚集为一种稳定的状态时，就叫做“物质的一种状态”，简称为物态。在19世纪，人们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，即固态、液态和气态。初中讲物态变化，就是讲这三种常见的物质状态间的变化问题。

　　气体物质处于高温条件下，原子分子激烈碰撞被电离，或者气体物质被射线照射以后，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，而且一般情况下正负电荷量几乎处处相等，这种聚集态叫等离子态。如果物质处于极高的压力作用下，例如压强超过大气压的140万倍，组成物质的所有原子的电子壳层都会被“挤破”，电子都变成为“公有”，原子失去了它原来的化学特征。这些“光身”的原子核在高压作用下会紧密地堆积起来(当然，再紧密也会有电子存在和活动的空隙)，成为密度非常大的(大约是水成密度的3万至6。5万倍)状态，称为超固态。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。

　　进一步从物质的内部结构去考虑，物态就远不止这几种了。例如，在固体物质中，有的其内部微观粒子呈周期性、对称性的规则排列，称为结晶态。而另外一些，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，但其内部结构则更像液体，为玻璃态(非晶体)。还有一些有机物质，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，称为液晶态，很多物质在极低的温度下，会出现电阻消失的现象，称为超导态;在极低的温度下，某些液体的粘滞性会完全消失，叫做超流态。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，称为金属氢态。天文学家发现，在宇宙中存在着比超固态密度更大的物质状态，例如组成中子星的中子态，还有密度更高的超子态、反常中子态、黑洞等等。由于反粒子，如反质子、反电子、反中子等都已被发现，有人预言在宇宙中会存在着全部由反粒子构成的反物质世界，但还没有得到证实。1998年6月3日，美国发射的航天飞机“发现者”号装载了一台a磁谱仪，期望探测到宇宙空间中可能存在的反物质，其中一个关键部件是由中国科学院电工研究所制造的直径1200mm、高800mm、中心磁感强度为0。1340T的永久磁体。

　　总之，从物质的内部结构去分析，物态的种类很多，并且随着科学技术的进步，人们对物质世界的认识会继续深人，更多的物态会被发现和被人所认识。

　　有时同一种物质在某种温度和压力下，有几种不同的物态同时存在，例如水处于密闭的容器中，下部是水而上部是水蒸气，就是液态与气态共存的情形。其他还有固气两态共存、固液两态共存或固、液、气三态共存的情形。

　　有时物态也称为相，常见的物质三态也称为固相、液相、气相。进一步的研究发现，某些物质处于同一种物态，而其不同部分的物理性质均匀但可以互不相同，而且各部分之间有一定的分界面隔开。这种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12C(碳)处于固态时，可以有金刚石、石墨、C60三种不同的相，它们的结构不同，物理性质也不同;液态氦有两种不同的相He1、HeП，He1具有普通粘滞液体的性质，而HeП具有超流性;固态冰在高压下可以有7种相。

　　物态变化也称为相变。初中物理讲的物态变化是指固、液、气三种物态间的变化，这种变化是相变中的一类，称为一级相变。它的特点是：①相变过程中，体积要发生明显的改变;②相变过程中要吸收或放出所谓的相变潜热、此外，还有另一类相变，它们没有以上两个特点，既不发生体积的突变，也不吸收或放出相变潜热，但它的某些特性，如热容量、热膨胀系数等要发生突变，这类相变称为二级相变。某些物质在温度低到一定程度时电阻会突然消失，成为超导体，就是一种二级相变。本书只讨论与一级相变有关的问题。

　　固态，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力(这种相互作用力称为“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理性质各向异性的特点。

　　液态，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，只是它们的有规则排列局限于很小的区域内(约在10-7m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。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。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，分子在同一位置附近振动的持续时间的平均值是确定的，称为“定居时间”。例如液态金属的分子定居时间的数量级为10-10S，水的分子定居时间数量级为10-11S。同一种液体，温度越高，分子定居时间越短，而分子定居时间越短，则表示液体的流动性越好。

　　气态，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那样会出现明显的分界面。

　　一般说来，任何一种物质，在温度、压强等发生变化时，都会呈现不同的物态，研究物态变化(相变)对于深人了解物质的结构及性质，对于研制新材料及新物质，都具有很大的现实意义。