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11.1: 气体、液体和固体的分子比较
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Molecular Comparison of Gases, Liquids, and Solids
 
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11.1: 气体、液体和固体的分子比较

固体中的粒子紧密包装在一起 (固定形状) ,通常以常规方式排列;在液体中,它们紧密相连,没有固定的排列 (无固定形状) ;在气体中,它们彼此相隔很远,没有固定的排列 (无固定形状)。 粒子在固定位置的稳定振动中 (不能流动) ,通常不会相互移动;在液体中,它们相互移动 (可以流动) ,但基本上保持恒定的接触; 在气体中,它们相互独立移动 (可以流动和膨胀) ,除非它们发生碰撞。

固体,液体或气体的性质的差异反映了组成每个相位的原子,分子或离子之间的诱人力的强度。 物质存在的阶段取决于其 分子间作用力(IMFs) 的相对范围 (物质原子和分子之间存在的静电吸引力) 及其分子的 动能(KE)。 虽然 分子间力(IMFs) 将粒子紧密联系在一起,但粒子’ 动能(KE) 提供了克服吸引力所需的能量,从而增加了粒子之间的距离。 例如,在液体中,有吸引力的分子间作用力会使分子保持接触,尽管它们仍有足够的 动能(KE) 相互移动。 因此,液体流动并形成容器。

根据 动力学-分子理论(KMT) ,物质的温度与其粒子的平均 动能(KE) 成比例。 更改平均动能 (温度) 会引起物理状态的变化以及分子间作用力的相关变化。 例如,当气态水充分冷却或分子的平均动能降低时, H2O 分子之间的吸引力增加,当它们相互接触时就能将它们固定在一起;气体凝结,形成液态 H2O。  当液态水进一步冷却时,诱人的作用力会变得更强,水会冻结以形成固体冰。

如果温度不是太高,气体可能通过压缩 (高压) 液化。 气体表现出极弱的吸引力,因此粒子会在较远的距离上扩散。 随着压力的增加,气体分子之间的吸引力会因 动能(KE) 而变得强烈。 因此,它们形成液体。 丁烷, C4H10 ,是一次性打火机中使用的燃料,是一种标准温度和压力下的气体。 在打火机的燃料箱内,丁烷被压缩到压力中,从而导致其冷凝到液体状态。 此外,如果液体温度足够低或液体压力足够高,液体分子就不再有足够的 动能(KE) 来克服它们与固体形式之间的 分子间力(IMF)。

本文改编自 Openstax, 化学 2e, 第10章: 液体与固体

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