科学:小学教师指南/物质的性质
物质是任何具有质量和体积的东西,包括所有原子和所有亚原子粒子,也包括所有化合物混合物,我们周围遇到的所有物体等等。物质的性质包括任何可以测量的特性,例如物体的密度、颜色、质量、体积、长度、延展性、熔点、硬度、气味、温度等等。一些物质的性质是不变的,例如金的密度,而另一些性质则取决于物质的量(例如高尔夫球的质量与保龄球的质量相比),或者混合物的性质。任何特定元素的所有原子都将共享该元素的特性,但元素的性质可以通过化学反应发生巨大变化。例如,纯钠是一种暗淡的柔软金属,会与空气和水接触时发生爆炸性反应,但与氯反应后的钠是食盐的一部分,并且非常不反应。
物质有两种性质,所有物质都以此区分,它们是“物理性质”和“化学性质”。
物理性质:包括大小、形状、颜色、纹理等。熔点和凝固点也是物理性质。每种物质都有一些物理性质与其他物质不同(木材与金属或塑料有什么不同?)。物理性质可以改变,有时是永久性的,有时是不可逆的。例如,当冰融化时,水可以重新结冰,但是当木材燃烧时,它的大多数原子会以气体形式离开(二氧化碳和水蒸气),并且火柴无法恢复到其原始状态。
化学性质:与物质的化学组成有关的特性,或者它如何与其他物质反应。例如,当水和醋分别添加到小苏打中时,可以观察到不同的化学性质的证据,因为二氧化碳开始从小苏打和醋的混合物中冒泡,而没有添加到水中的部分则没有。在化学反应中,会形成一种新的物质,其性质与原始物质不同。
物质的状态描述了它所采取的独特形式:固体、液体、气体或等离子体。物质状态不止这四种,但我们这里不讨论它们,因为它们只发生在地球上通常不会遇到的极端情况下。从低能量-->高能量
固体可以被认为是坚硬如岩石或柔软如毛皮。固体的关键在于它具有确定的形状和体积。它保持其形状,不会像液体那样流动。岩石总是看起来像岩石,除非它发生了一些事情。固体可以保持其形状,因为分子紧密地堆积在一起,通常通过共价键保持在一起。在固体中,粒子紧密地堆积在一起,因此它们无法四处移动(它们仍然有运动,但只能在适当位置抖动)。固体粒子的动能非常低,但仍然可以具有很高的势能。每个原子的电子仍然在不断运动,因此原子有一点振动,但它们固定在自己的位置。如果冷却到绝对零度(0 K),所有运动都会停止。增加压力不会将固体压缩到更小的体积(你可能会压碎固体物体,从而使它变小,但实际上你只是去除了固体部分之间的空间)。
液体是可以倒入另一个容器中而改变形状的东西。液体可以让人感觉湿润。室温下呈液态的物质包括水、血液、汽油和柠檬汁。如果在液体中溶解了不同类型的分子,它被称为溶液。柠檬汁是水、糖和柠檬的溶液;一种分子组合。在液相中,物质的粒子比固体中的粒子具有更多的动能。液体粒子没有以规则的排列方式保持在一起,但仍然彼此非常靠近,因此液体具有确定的体积。液体与固体一样,不能被压缩(这一特性在液压中很有用)。液体的粒子相互流动,因此液体没有确定的形状——液体将改变形状以适应其容器。力均匀地分布在整个液体中,因此当物体被放置在液体中时,液体的粒子会被物体取代。
气体无处不在。固体分子紧密地堆积在一起,液体分子排列不那么紧密,分布更广,而气体分子分布非常广,排列混乱。气体分子会填满任何容器,而不考虑大小或形状。气体粒子之间有很大的空间,并且具有很高的动能。如果不受限制,气体粒子会无限地散开;如果受到限制,气体会完全填满其容器。当气体通过减少容器的体积或将气体泵入容器来施加压力时,粒子之间的空间会减少,它们碰撞产生的压力会增加。如果容器的体积保持不变,但气体的温度升高,那么压力也会增加。相反,如果压力降低,温度也会降低(你可能已经观察到这一点,当你喷洒压缩空气罐时,它会变冷)。如果压缩得足够多,分子可能会形成液体(例如,压缩丙烷是液体,但当它从罐中释放出来时,它会重新变为气体)。气体粒子具有足够的动能来克服将固体和液体结合在一起的分子间力,因此气体没有确定的体积,也没有确定的形状。
等离子体是一种高温电离气体,包含大致相等数量的带正电的离子以及带负电的电子。等离子体的特性与普通中性气体的特性有很大不同,因此等离子体被认为是独特的“物质第四态”。等离子体在地球上并不常见,但却是宇宙中最常见的物质状态。等离子体由带高度电荷的粒子组成,具有极高的动能。惰性气体(氦、氖、氩、氪、氙和氡)通常用于通过使用电将其电离到等离子体状态来制造发光标志。恒星本质上是超热的等离子体球。