物态变化的微观解释

物态变化的微观解释

一、基本的规则

1.所有的分子都在运动，所以具有动能

2.分子之间存在引力与斥力，所以当分子要摆脱其他分子的约束，克服引力做功，所以需要比较大的动能。

3.分子热运动的能力中势能部分使分子趋于团聚，动能部分使它们趋于飞散。大体来说平均动能胜过势能时，物体处于气态；势能胜于平均动能时，物体处于固态；当势能与平均动能势均力敌时，物质处于液态。

二、为什么沸腾在一定温度下发生

由于分子不停的运动，也就会与周边的分子相撞。在这随机碰撞的过程，有的分子得到比较大的能量，若这分子在液体内部，它也可以挣脱另的分子对它的约束。但在大多数情况下它们逃不出液体。因为它们和邻近的分子会碰撞，把能量传给邻近的分子，自身的能量会减少，自己又再次处于束缚态。但若是液体表面的分子就可以挣脱周边分子对它的束缚，离开液体，成为气态。这也就是为什么蒸发只发生在液体表面。因为能离开液体的分子的动能较大，所以当它离开后，液体的平均动能当然就减少了，所以液体的温度会下降。而在液体表面的分子也会在随机飞行中，有可能飞回到水的表面。这就是在一个封闭的系统，我们看到液体好像没有发生蒸发。其实每一时刻都有分子从液体表面飞出，也有分子飞入，是一个动态的平衡。

从上述的分析我们可以得知，温度越高，分子的平均动能就越大，摆脱束缚的可能性就越大。

随着温度的升高，有越来越多的分子力图挣脱，如果偶然有几个挣脱其邻居的分子彼此很靠近，它们就有可能在液体内部为自己找到一个安身之地：生成一个气泡。气泡内是饱和蒸气。如果泡内蒸气的压强小于外部压强，外部压强会压缩气泡，使之重新消失在液体中。当液体内部生成的气泡内的饱和蒸气压达到外部压强时，就开始沸腾。在沸腾过程中，越来越多的分子加入气泡，使气泡的体积猛然增大。密度比水小的气泡上升到水面破裂，在那里让内部积累起来的高能分子飞走。也就说液体内部的分子能否挣脱束缚离开液面，就取决于饱和蒸气压

是否达到外部压强。水的饱和气压在100℃达到105Pa（我们周围的大气压约为此值）。这就是为什么有一个沸点的原因。也就可以解释，为什么水可以在低于100℃情况下沸腾。因为我们是通过减少大气压强，使其降到一个更低的温度下的饱和蒸气压即可。

上述内容是根据《“外星人”学物理》、《费恩曼物理学讲义》、《新概念物理教程热学》整理得到。

三、关于升华

其实无论是哪种物态变化都会与三相点有关。下面的文章是转摘网上的文章，这篇文章的说法与教材基本一致。

在适当的温度和压强之下，任何物质都可以有三种聚集态出现，即固态、液态和气态，并且当三种聚集态共同存在时，都有确定的温度和压强值，称之为三相点。

固态碘、二氧化碳和萘等能够升华，为什么有熔点？在怎样的实验条件下，才能使其熔化？利用它们的相图可以解答这两个问题。

1二氧化碳的相图

图1 CO2的相图

固体二氧化碳能升华，叫做干冰。为什么它有熔点？在什么条件下，才能使干冰熔化？利用二氧化碳的单组分体系相图(见图1)可解答这两个问题。

在图1中OC曲线表示液体CO2与其蒸气的平衡，也就是液体CO2的蒸气

压曲线。增加压力可使气体CO2凝聚为液体，故OC线上方的面应为液相区，曲线OC下方的面应为气相区。

OB曲线是固体CO2的蒸气压曲线。同理，OB曲线上方的面是固相区，曲线下方的面是气相区。

OA曲线是固体CO2的熔点曲线。曲线斜率为正表示压力增大熔点升高，因此要使CO2的熔点升高，必须加大压力。

三个面BOA，AOC和BOC是3个不同的相区。BOC是气相面，AOB是固相面，AOC是液相面。每个面是一个双变体系。温度和压力可以在一定范围内任意变化，而无新相出现。OA，OB和OC曲线是单变体系，温度和压力不能任意变化。

由图1还可看出，CO2三相点的压力大于大气的压力，所以在常压力下于1 95K，固体CO2升华，不能熔化变成液体。

2碘的相图

图2是碘的相图。

图2中点、线和面所表示的状态与二氧化碳相图完全相同。从图2可知，碘的三相点的压力是11.96kPa，温度是387.31K。碘的正常熔点386.65K[3]。三相点的压力小于大气的压力(101325Pa)，要使固体碘升华，从BOA面进入B OC面，必须使碘的平衡蒸气压小于11.96kPa，温度低于387.31K。快速加热

足量的碘，使温度达到387.31K，且碘的蒸气压达到11.96kPa，固体碘就能熔化，出现液体碘。固、液和气三相达到平衡状态。如果外压大于11.96kPa，温度高于387.31K，固体碘由BOA面进入AOC面，碘就能熔化，便会出现液体碘。当大气的压力为101325Pa，在大气中加热足量的碘，温度迅速提高到386. 65K时，会看到碘的熔化现象。

综上所述可知，当某物质三相点的压力大于大气的压力(101325Pa)，必须在加压下，升高温度，使其达到三相点，该物质才能溶化，固、液和气三相处于平衡状态。当固体蒸气的压力小于三相点的压力，升高温度，固体物质就能升华直接变成气体。

当物质三相点的压力小于大气的压力时，迅速强热，使固体的蒸气压达到三相点的压力，温度达到三相点的温度，该物质就熔化，固、液和气三相处于平衡状态。当固体蒸气的压力小于三相点的压力，升高温度，固体物质升华，直接变成气体。