有趣的物質形態之變

蘭中海

物質一般都有三種不同的形態：固態、液態、氣態。例如，水可以以冰、水或水蒸氣三種形式存在，這些形態可以在不同的溫度及壓強下發生改變。水分子在不同溫度下的運動是不相同的，在三種狀態下水分子之間的間距也不相同。我們可以通過調節溫度和壓強這兩個參數來使物質在不同狀態之間轉變。

水是最具代表性的一種物質，我們以水為例，具體談談物質三者之間有趣的變化歷程。

水在什么情況下形成冰呢？當溫度降到0攝氏度時，水會結冰，冰是一種固體，冰就是水的固態。當環境溫度低于0攝氏度時，水的溫度會迅速下降，從液體狀態變成固態。這種固態的冰非常美麗，有各種形狀，從冰山冰川到漫天飛舞的雪花，遍地的霜花，可以分為19種，包括水冰、晶體冰、團簇冰、雪球冰和柱冰……它們都是由水分子合理排列組成的晶體，是無色透明的固態，在水變成冰的過程中，它們還會向周圍放出大量的熱，使得水的溫度更加穩定，從而使水結冰的過程更加順利。

冰在周圍氣溫升高（高于0攝氏度）時會變成水。0攝氏度時冰水會共存，冰變成水會吸收周圍環境的熱量，所以有下雪不冷化雪冷的說法。水是生命之源，地球因為有水才誕生了生命，孕育了生機勃勃的生物世界。地球表面約有71%被水覆蓋。它在空氣中含量雖少，但卻是空氣的重要組成部分。水是一切動植物生存的基礎，是生命的源泉，它的溫度隨著環境溫度的變化而發生變化。當溫度超過4攝氏度，它會發生熱脹冷縮，水在4攝氏度以下，則會發生冷脹熱縮，這一點很有趣。同等質量的冰的體積會比水的體積大，其中，水在4攝氏度時，密度約為1克/升，而冰的則約為0.931克/升。

水是應用廣泛的滅火劑，能滅掉除電、油、化學藥劑等少數物質產生的大多火災，是因為水能讓火源周圍的溫度迅速地降到著火點以下，也能一定程度隔絕氧氣。水也是最好的清潔劑，它可以溶解許多化合物，除污去垢。

當水的溫度上升至100攝氏度時，它就會發生沸騰，這種過程既包括了由于吸取外界的熱而產生的蒸發，又包括了由于水分子受到高溫而產生的內外都有的劇烈運動。其中，蒸發過程主要發生在液體的表層，常溫下皆可發生，而且相對比較緩慢，而沸騰則更加激烈，溫度要達到液體的沸點，無論是在液體的內部還是外層。當水分子聚集到一起，它們可以產生各種各樣的天氣現象，如云、霧。當它們聚集到一定程度時，它們可能會液化成水變為降雨和或者凝結成小冰晶降雪。水蒸氣遇冷變成水，叫液化，直接變成冰，叫凝華。冰受熱直接變成水蒸氣叫升華。冬天，我們晾曬的衣物，哪怕結成了冰，過一段時間會干，就是冰直接升華成了氣態的水。

（作者單位：湖北省利川市教師發展中心）