对于物质的概念不知道你有多少了解,每天和我们打交道的是不是都是物质呢?毫无疑问,它们确实是物质。我们吃的、穿的、用的,以及所用的交通工具,娱乐用的各种设备,居住用的房屋等都是物质。然而不同的是,这些起不同作用的物质,形态也不一样。那么,什么是物质的形态呢?
第一节有源而来——物质形态概述
通俗地讲,物质的形态就是物质在宇宙中所呈现的不同状态。
很久以前,人们就对物质进行了形态划分,并简单地把它们划分为液态、固态和气态三种。
例如,我们每天都要喝的水是液态的,我们穿的衣服是固态的,我们呼吸的氧气是气态的。
它们存在于我们生活的每一个角落,是我们生活的重要组成部分。因此,物质的形态是我们最熟悉的。然而它又是我们最陌生的,或许除了固态、液态和气态这三种物质形态,你再也说不出其他的形态了吧。
其实,物质的形态远远不只局限于这些。随着社会的不断发展和变化,物质的形态也在不断演变。在原来的基础上又衍生出一些新的形态,例如现在经常提到的离子态、液晶态、中子态,等等。
那么,物质的形态是源于什么呢?也就是说物质的形态是从什么发展而来的呢?顾名思义,物质的形态一定是源于物质而存在的。
那物质又是什么呢?物质是个很宽泛的代名词,世界上各种事物都是物质的表现形式。它的种类和形态有很多种,不同的物质之间又有不同的性质、功能及用途等。例如,有气态的物质、液态的物质或固态的物质;单质物质、化合物质或者是混合物质;金属及非金属物质;矿物与合金;无机物和有机物;天然存在的物质与人工合成的物质;有生命的物质与无生命物质;实体物质和场物质,等等。
它的种类简直多得不计其数。但是无论它们是以什么样的形态存在,都有一个共同的特性,那就是它们都是客观存在,并且能够被观测,具有质量和能量的物质。
物质的多种多样成就了物质的不同形态。那么,物质的形态是根据什么标准来划分的呢?在地球存在之前,天和地是处于一种混沌状态的,世间并没有固体、液体和气体之分。
但是,在一次偶然的开天辟地之后,就出现了天地分隔。
天上的物质是以气体为主的,地上的物质是以固体和液体为主的。并且,随着时间的推移,慢慢地也有了不同形态物质的存在。当然,这只是一种对物质形态分化的猜想,真正的物质形态到底是依据什么标准来分类的,估计没有人能给出一个确切的答案!
不管物质形态的存在是源于什么,它都是和物质相依存的。并且,随着科学技术的不断发展,物质的形态与人们的生活越来越贴近,无论是天上飞的,还是地上跑的;海里游的,还是山上长的。
它们都是人们生活的一部分,如果人们离开了这些不同形态的物质,就不能很好地生存在这个美丽的世界了。也就是说,世界的五彩缤纷正是由于林林总总、不同物质形态的存在。
目前,新衍生出来的一些物质已经被应用到高科技领域中,成了前沿科技不可缺少的一种原材料。例如,纳米物质的出现,为各行各业的发展带来了不可思议的变化;等离子的出现使高端技术成为现实;离子束的诞生为生物工程的发展带来了新的希望等。这一切的一切都证明,物质存在的形态在自然界是一个重要的标志。不同形态的物质有不同的用途,它们共同为人类生活及社会的发展与进步作贡献。
那么,不同形态的物质有哪些不同的特点呢?它们是怎么样来发挥自己形态的优势的呢?其实,人类是最聪明的,人们善于发现自然界中不同物质的长处,并对它们加以利用。下面就让我们一起去看看,不同形态的物质有什么样的特点,对我们的生活有着什么样的用处吧!
第二节柔情似水——液态物质
提到“液态”,或许我们首先想到的就是水吧!水是我们最常见的一种液态物质。其实,液态物质远远不止水这一种,只要是可以流动、能够变形并且不能被压缩的物质都能称之为液态物质。当物质呈现为液态的时候,分子之间起主要作用的力是范德华力,并且分子与分子之间的距离靠得非常近,一个挨着一个。
液体物质的最大特点是具有流动性,要用一定的容器才能盛装。
它的形状也非常容易改变,比如相同的液体放在不同的容器中,它们就呈现出不同的形状。另外,液体物质的体积在压力及温度不变的情况下,是固定不变的。液体和固体的最大区别不仅表现在形态上,而且还因为液体具有“各向同性”的特点。也就是说,液体物质在不同的方向上,物理性质是相同的。由于物体由固态变成液态的时候,会释放出热量从而导致温度上升,这就使得分子或原子的运动变得更加剧烈。因此这些原子或者分子不可能还保持原来的固定位置,因此,它们的相互运动就产生了流动。
但是这时的分子或原子间依然存在着很大的引力,所以它们彼此之间不会分散远离。这也是液体物质具有一定体积的原因。
另外,液体之所以能够流动,还因为在它们内部的很多区域中仍然有类似晶体的结构“类晶体”的存在。正是由于液体具有流动性,所以它没有固定的形状。我们听说过固体有方的有圆的,但是没有听说过有方形的液体或者是圆形的液体。一般液体的形状是借助于盛放它的容器来实现的。当我们把液体放在容器中的时候,液体会对容器的边缘施加压力。这种压力会传到四面八方,不但不会减少,并且还会随溶液的深度一起增加,即液体越深,压力越大。
虽然液体具有不固定的形状,但是在一定的条件下它能够与其他的物质形态进行转换。例如在增温或者是减压的情况下,液体能够汽化成为气体,例如在水沸腾的时候,会有一些水蒸气产生;在加压或者是降温的的情况下液态可以转换成为固态,例如天气冷的时候水能结成冰。
我们知道,液体中悬浮液是形成膨胀流体的主要原因。那么,什么是悬浮液呢?悬浮液又称为悬胶体或者悬浊液,是因体分散于液体中,因布朗运动而不能很快下沉,此时因体分散相与液体的混合物。在悬浮液的内部,不但分布有液体物质,而且还有固体分子,且这些分子是不溶性的,分散在液体中并且不会很快下沉。例如我们常见的泥浆、果汁等都属于悬浮液。悬浮液与溶液是有一定区别的,其中分散相的颗粒比较大,稳定性比较小,容易沉淀分出来。最明显的例子就是当我们在喝奶茶的时候,我们会看到有一些细小的颗粒在液体中悬浮着。其实这并不是说这奶茶不卫生,只是因为奶茶中加入的有固体状的分散剂。这些分散剂的作用多半是调节介质黏度或界面膜性质,它能够阻碍颗粒之间的相互接近或者黏并。
在上面我们提到了胶体。那么你知道胶体是一种什么样的物质吗?其实,它也属于液态物质的范畴,例如我们平时吃果冻,小时候喜欢的黏牙糖等,都属于胶体物质。它实际上就是一种分散质的颗粒,这种颗粒的直径大小介于分散体系和溶液之间,是一种高度分散的多相不均匀体系。这些物质在光的照射下会发生聚沉、电泳,还会发生渗析以及丁达尔现象等。在日常生活中,胶体物质一般被广泛应用在农业生产、医疗卫生、自然地理、工业生产等领域中。例如,在农业生产上,胶体就能够起到土壤保肥作用,因为土壤中的许多物质如黏土、腐殖质等常常是以胶体的形式存在的;在医疗卫生中,血液透析、血清纸上电泳、利用电泳分离各种氨基酸和蛋白质等都需要用到胶体的性质;另外,日常生活中,制豆腐(胶体的聚沉)、豆浆、牛奶、粥以及明矾净水等所利用的原理,都是根据胶体的性质来操作的。
知识小百科
水对人体的作用
水是液态物质的一种,也是和我们的生活最密切的物质,如果没有水的话,我们的生活将不能正常进行下去,人的生命也要受到威胁。其实,水不仅仅是维持生命的甘露,在其他方面还有一定的妙用呢!
首先,用水能够治疗头疼。有些人早上起床后,会有头疼的症状,这是因为一夜过后,大多数人的身体没有吸收水分,加上大量的出汗导致轻微脱水。在夏季的时候,有些人还会在夜间开冷气睡觉,这样的话,身体被空气吸取水分就会比较多,从而导致人体轻微脱水。因此,早上起床后及时喝一杯温开水,能够使头疼的症状消失,精神焕发。
其次,经常喝水能够预防癌症。据研究,一个人每天喝4杯以上的水,能够大大降低患上结肠癌的几率;如果每天能够喝8杯以上的水,则会有更好的效果。这主要是因为水能加速肠道的蠕动,令肠道内的废物不会积留,从而减少致癌物质在肠道内存在的几率。
最后,水能战胜疲劳。在夏季的时候,人比较容易感到疲劳,特别想睡觉。这主要是因为夏季的温度比较高,人出汗比较多,很容易出现身体轻微脱水的情况。因此,在感觉比较困的时候及时地补充些水,能够缓解疲劳状态,使身体保持充沛的精力。
第三节憨厚老实——固态物质
与液态物质相比,固态物质要稳定得多。它不仅有属于自己的形状,而且还有自己的体积、大小、质地等。固态物质由很多的颗粒组成,并且这些颗粒是紧紧相扣的,彼此之间不容易发生相对运动。
因此,很多人认为,固态的物质就是固定在物质内的一个特定空间,是不能流动、不易变形的。只有在外力的作用下,固态物质才会在形态上发生扭曲,并且这个变形是永久性的。另外,固体都是具有热能量的,组成它的颗粒可以相互振动,不过,由于颗粒的运动并不是那么剧烈,因此我们一般是觉察不到的。固体有热胀冷缩的现象,即受热时会膨胀、遇冷时会收缩。
我们知道固态的物质都是比较坚硬的,那你知道这其中的原因吗?其实,对于固态物质来说,它的构成元素是以原子状态而存在的,并且原子与原子之间是一个紧挨着一个的,共同组成一个个的“点阵”,这个点阵就像是一个牢固的支架一样,在它的依托下,所有的原子就能牢牢地结合在一起,这样就使得固体比较坚硬。此外,固体中的分子或原子,会呈现出一种有规则的周期性排列。原子或者分子之间的距离都是相等的,并且都在固定的位置上运动。从固态物质的物理性质上来划分,自然界中的固态可分为“结晶态”和“非晶态”两种。
1.结晶态
在日常生活中,我们经常可以见到一些晶态的物质。例如我们所食用的白糖、食盐等。其实,所谓的“结晶态”,指的是各种各样晶体的状态。
当你拿一粒粗制食盐,如果你仔细观察,就会发现它是由许多立方形晶体构成的。其实,白糖也一样,不过由于白糖的颗粒比较小,不容易被观察到而已。也许你还不知道,有一个地方是能够看到很多结晶体的,那就是地质博物馆,那里有很多颜色、形状各不相同的规则晶体,十分美丽。
我们知道,固态的物质最突出的特征就是有一定的体积和几何形状,并且在不同方向上,它的物理性质可以不同,这也被称为固态物质的“各向异性”;另外,它还有一定的熔点,在温度达到一定高度的时候,不同的固态物质会发生不同程度的融化现象,并且熔化时的温度不变。由于晶态物质是固体的一种,因此,固体所具有的特点,晶态物质也都具有。
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什么是液晶态
气、液、固三态,是人们所熟悉的物质状态(又称相)。
而对于等离子和液晶而言,则比较生疏。液晶相可以流动,又拥有结晶的光学性质。关于液晶的定义,现在已放宽而囊括了在某一温度范围,可以呈现液晶相,在较低温度为正常结晶之物质。而液晶的组成物质是一种有机化合物,也就是以碳为中心所构成的化合物。同时具有两种物质的液晶,是以分子间力量组合的,它们有着特殊的光学性质,而且对电磁场较为敏感,具有较大的实用价值。
物质在熔融状态或在溶液状态下虽然获得了液态物质的流动性,但在材料内部仍然保留有分子排列的一维或二维有序,在物理性质上表现出各向异性。这种兼有晶体和液体部分性质的状态称为液晶态,而处于这种状态下的物质则被称为液晶。
液晶态既像液体具有流动性和连续性,而其分子又保持着固态晶体特有的规则排列方式,具有光学性质各向异性等晶体特征的物理性质。其结构介于晶体和液体之间,所以也称它为介晶态。
液晶态物质的微观结构较为特殊,因此它也有着许多奇妙的性质,如光学透射率、反射率、颜色等性能,对外界的力、热、声、电、光、磁等物理环境的变化十分敏感,因而在电子工业等领域里大显神通。目前,液晶的应用在显示、软件复制、检测器、感受器及分析化学等主要领域。
20世纪中期,液晶开始广泛应用于轻薄型的显示技术上。
2、非晶态
固态物质的另一种形态就是非晶态。比如,我们常见的玻璃就是一种非晶态的固体物质。或许有的人很不理解,玻璃是和晶态物质很相似的,为什么它会属于非晶态的物质呢?其实,虽然玻璃和晶体在外形和光泽上很接近,但是它们是具有不同的性质和内部结构的。