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物质的三态

一、状态与相

物质是由分子所组成。按分子运动学说，分子间均存在一定距离，

并且在不停地做不规则的热运动。分子的这种热运动总是倾向于使分

子相互分离。分子之间还存在着相互作用的吸引力和排斥力。分子间

的这些作用力，使得分子即有彼此分离又有相互结合的趋势。这两个

矛盾着的因素的作用结果，使得物质的分子有着不同的聚集状态，其

宏观表现为物质的三态(气态、液态和固态)。

当分子间的排斥力起支配作用时，即分子间的排斥力大于吸引

力，分手间的吸引力将不能竟服分子的分离倾向，而使分子间距离增

大，并可无限制的增大，此时的物质表现形式为气态。因此气体在不

受限制的情况下具有无限膨胀的性质，并能够充满任意形状和大小的

容器，其密度远小于液态和固态时的密度，同时还具有很大的可压缩

性。

当分子间的吸引力起支配作用时，其吸引力使分子不能分离。分

子被固定在平衡位置上，只能以平衡位置为中心作振动。此时的物质

表现形式为固态。因此，固态物质具有固定的形状和大小；其分子排

列是最紧密的，因此它的密度是最大，可压缩性当然是最小了。

当分子间的吸引力和排斥力的作用，只能使分子维持一定的平均

距离，但却不能使分子有固定的平衡位置，此时物质的表现形式为液

态。它是介于气体和固体之间的，所以液体只有一定的体积，而无一

定的形状。任何物质在特定的条件下都可以气态、液态或固态的形式

存在，并且还可以两种或三种状态同时存在。

当物质以两种或三种状态共存时，各状态间能在较长时间里保持

清晰的界面，界面内自成均匀体系。这种用物理上的清晰界面将其它

部分相区别的均匀体系被称为物质的“相”。在多数情况下，物质的三

态分别只以一相存在，故常把物质的气态、液态和固态称为气相、液

相和固相，亦称为气体、液体和固体。

决定物质的存在形式的条件是什么呢?是物质所处的外界的温度

和压力。当外界的温度和压力变化时，物质分子间的作用力、分子间

的平均距离以及分子运动的剧烈程度都会发生变化。当达到一定程度

时，物质的聚集状态便发生了改变，即由量变发展到质变。质变是分

子的重新排列，其表现为物质形态的改变，这种物质形态上的改变被

称做相变。

当物质以固体形式存在时，在一定的外界条件下，其固体表面动

能较大的分子会克服分子间的引力，脱离固体表面成为气体，这种固

体(结晶)物质不经过液体而直接转变为气体的现象叫做升华。

这时物质是气、固共存形式。当温度升高，达到某一特定值时，

部分固体分子由于动能的增加而开始脱离其平衡位置成为液体，这种

现象叫做熔化。固体熔化时，是以固、液共存的形式存在的。

而当物质以液体形式存在时，液体表面的一些动能较大的分子也

会脱离液体表面成为气体，这种现象叫做气化。这时物质是气、液共

存状态。而当温度降低或压力增高，分子的动能减少，分子间的平均

距离也减小。由于分子间相互吸引的结果，气体变为液体，或液体变

为固体，这个过程被称为液化或固化(凝固)。液化是气化的逆过程，

而固化则是熔化的逆过程。

如果物质是处在一个封闭的容器中，由固体或液体表面逸出的分

子只能停留在容器的上方。由于分子的运动和碰撞使气体空间产生一

定的压力。当容器中的介质是液体时，逸出液体表面的分子由于受液

体分子的引力和气体压力的作用，将有一部分返回液体中去。当由液

体表面逸出的分子与从气相空间返回液体的分子数量相等时，此物系

达到了一个动态平衡，使气液两相处于一个相对稳定的共存状态。这

种状态就称做饱和状态，此时的液体称为饱和液体，蒸气称为饱和蒸

汽，其压力亦称为饱和蒸气压。而其它一些参数亦冠以“饱和”二字。

饱和蒸气压是一与气体性质和环境温度有关的重要参数。某种物质液

态时在某一温度下就有一与之对应的饱和蒸气压。

当温度升高时，分子所获得的动能增大，使逸出液面的分子数量

增多，而液体受热膨胀，又使得气相空间减小，这都使气相密度增大，

饱和蒸气压增高。反之，温度降低，饱和蒸气压也降低。如果物质是

处在一个敞口的容器中，液体上方的气体就将扩散到环境中去。液体

就将不断有分子逸出，直至全部液体都转化为气体。当环境的压力高

于此温度下液体的饱和蒸气压时，气化仅发生在液体表面，这就是蒸

发。当环境的压力等于或低于此温度下液体的饱和蒸气压时，气化将

在液体表面和内部同时很剧烈的发生，这就是沸腾。蒸发和沸腾是两

种不同的气化形式，它们间无本质的差别，仅是程度的不同。蒸发较

为缓慢，而沸腾