任何物质都有三态变化吗

物质在一定的温度、压强条件下所处的相对稳定的状态称为物态.在一般条件下,主要是固态、液态和气态这三种分子或原子集团的聚集状态.当分子或原子在相互作用的影响下,只能围绕各自的平衡位置做微小的无规则振动时,表现为固态；当分子或原子运动得比较剧烈,使它没有固定的平衡位置,但还不致分散远离时,就表现为液态；如果不但分子或原子的平衡位置没有了,也不能维持一定的距离,分子或原子之间的相互作用除了相互碰撞时以外几乎可以忽略,就表现为气态.因此,固体状态能够保持一定的体积和形状,液体状态虽能保持一定的体积但没有一定的形状,具有流动性,而气体则能充满它所能达到的空间,既没有一定的体积,也没有一定的形状.
有人认为除了上述三种状态外,还应增加等离子态和超固态两种物态.当气体中的分子或原子运动更加剧烈,就充分电离成离子与电子的混合集团,这种状态称为等离子态,这是宇宙中普遍存在的一种物质的聚集状态；当压强达到百万级大气压时,原子结构被破坏,原子外围的电子壳层被挤压到原子核范围,这种状态称为超固态.
晶体 是固体中的一大类,组成固体的粒子（原子、离子或分子）在空间有规则排列（呈空间周期性排列）的是晶体.有时晶体也可以从几何外形上来辨认.许多天然晶体如石英、方解石等,呈规则的多面体外形.但外形不一定是可靠的标志,往往由于生长条件的限制,规则的晶面未能充分显露.在物理性质上,晶体在不同方向上的性质（如力学性质,热学性质、电学性质、光学性质等）是不同的——各向异性.譬如云母晶体在不同方向上的导热性不同.晶体还具有确定的熔点.这些都是内在结构的周期性在宏观物理性质上的表现.
晶体又分为单晶体和多晶体.单晶体指整块物体是一个晶体.上述的晶体就是指单晶体.如果整块物体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体（晶粒）组成,该物体就是多晶体.一般的金属材料即是,晶粒大小约有10-5～10-3厘米,每个晶粒都是小的单晶体,具有各向异性,但整块多晶体除仍有确定的熔点外,既没有天然规则的几何形状,在物理性质上也不显示各向异性,而是各向同性的.
非晶体 是固体中的又一大类,组成固体的粒子在空间的分布是混乱的,在长距离上没有规则性（内部不具有周期性结构）的是非晶体.从外观上来看,它的天然状态没有规则的形状.在物理性质上,非晶体在不同方向上性质相同——各向同性.譬如非晶体玻璃在不同方向上的导热性相同.非晶体没有确定的熔点,温度升高,逐渐软化,流动性随之增加.这些都是内在结构不具有的周期性在宏观物理性质上的表现.
非晶体的内在微观结构跟液体非常类似,可以看作是粘滞性极大的液体.所以严格说来只有晶体才能叫做真正的固体.
熔化现象 物质从固态变成液态的现象.晶体和非晶体由固态熔化为液态时的情况不同.在外界一定压强的条件下,晶体有一定的熔化温度——熔点.给晶体加热,当温度升高到熔点时,晶体开始熔化,在熔化吸热过程中,温度保持不变,直到全部熔化完以后,温度才继续上升.譬如,在一个大气压下,冰在它的熔点0℃,外界持续均匀供热,冰开始熔化为水,直到完全熔化成水以前一直是冰、水混合状态,温度保持0℃.非晶体没有一定的熔点.在加热过程中温度持续升高,非晶体先是由硬变软,再逐渐变成粘稠状液体,最终变成流动性好的液体.在整个熔化吸热过程中,温度不停地上升,没有固定的熔化温度.譬如石蜡、松香、沥青在吸热熔化过程都有这种变化过程.
大多数物质在熔化时体积膨胀,也有少数物质正好相反,例如冰、灰铸铁、锑、铋等,它们在熔化时体积缩小.
凝固现象 物质从液态变成固态的现象.晶体和非晶体由液体凝固为固态时的情况不同.在外界一定压强的条件下,晶体有一定的凝固温度——凝固点.同一种物质的凝固点跟它的熔点相同.使液体散热,当温度降到凝固点时,液体开始凝固,在凝固放热过程中温度保持不变,直到全部凝固成晶体以后,温度才继续下降.譬如,在一个大气压下,水在它的凝固点0℃,持续向外均匀散热,水开始凝固成冰,直到完全凝固成冰以前一直是冰、水混合状态,温度保持0℃,非晶体没有一定的凝固点,它的液态在放热过程中温度不断降低,液体由稀变稠,由软变硬,最后成为固态.在整个凝固放热过程中,温度不断下降,没有固定的凝固温度.
大多数物质在凝固时体积收缩,也有少数物质正好相反,它们在凝固时体积胀大,用灰铸铁浇铸成的工件,表面纹理清晰；冬季水管和盛水容器常会在冻冰时被胀裂,都是这个道理,须分别加以利用或防止.
熔点 晶体物质熔化时的温度,也就是该物质的固态和液态可以平衡共存的温度,同一种物质的凝固点跟它的熔点在同样的外界压强下相同.
晶体物质的熔点跟压强有关系.熔化时体积膨胀的物质,外界压强增大,熔化将受阻,熔点将升高；熔化时体积缩小的物质则相反,外界压强增大,会促进熔化,所以熔点降低,冰的熔点就是随增压而降低的,但变化不大.如每增加 1个大气压,冰的熔点仅降低 0.0075℃,因而在336个大气压下,冰的熔点将降为—2.5℃.
一般来说,纯物质中掺进另一种物质,熔点要降低.例如海水比淡水的熔点低.冰和食盐的混合物,熔点可降到零下二十多摄氏度.若为冰和氯化钙的混合物,熔点可降到零下五十多摄氏度.某些合金的熔点较其中的纯金属的熔点要低.一些低熔点合金在生产技术中被广泛应用.如焊接电路用锡铅合金、保险丝用铅锑合金等.
熔化热 单位质量的某种晶体物质在熔点熔化成同温度的液体时吸收的热量.单位是焦/千克.单位质量的某种晶体的液态物质在凝固点凝固成同温度的晶体时放出的热量等于该物质在同一温度的熔化热.物质的熔点跟压强有关系,同一种物质在不同的熔化温度下,它的熔化热也不同.
熔化热常用字母λ表示.知道了熔化热,就可以算出质量为m的晶体在熔化时吸收的热量Q：
Q＝λ·m.
熔化图象和凝固图象 用以表示物质的熔化和凝固过程的温度—时间关系图象.如图所示,在直角坐标系中横轴表示吸热或放热的时间,纵轴表示温度.在观察某种物质的吸热熔化、放热凝固的过程中,记录下相隔相等时间的各个时刻物质的温度值,将各组温度、时间数据标入坐标图中（每一坐标点与一组数据对应）,然后用平滑曲线把这些点连接起来,就得到熔化图象和凝固图象.从图象中可以形象地观察熔化、凝固的全过程,对比晶体与非晶体在物态变化过程中的不同和各自的特点,不同晶体的熔点（凝固点）以及过程所需时间的数值.图甲表示海波的熔化图象.结合实验中观察到的状态和温度变化,可知：图象中AB段表示固态海波的温度随加热时间的增长而逐渐升高；到达48℃开始熔化,BC段表示熔化过程,在这个过程中虽然继续加热,但温度保持不变——熔点为48℃,直到固态海波全部熔解为液态；CD段则表示完全成为液态的海波吸热继续升温的过程.乙图为海波的凝固图象,可知液态海波放热降至48℃开始凝固,凝固放热过程中温度保持不变,它的凝固点与其熔点相同.丙图表示石蜡的熔化图象.在它由固态先变软,然后逐渐变稀,最后成为液态的吸热全过程中,温度不断上升,没有一定的熔化温度.丁图为石蜡的凝固图象,表明非晶体也没有一定的凝固点.
使水冷却的方法 冷却热水是加0℃的水还是加等质量的0℃的冰效果明显?我们知道,1千克水温度升高1℃吸收4.2×103焦的热量,而1千克冰在0℃熔化成同温度的水则能吸收3.35×105焦的热量,是前者的80倍.因此冷却热水如果加0℃的冰比加等质量的0℃的水效果明显.不仅降温时间短,而且加足够数量的0℃冰可以使热水降温到0℃,但加再多的0℃的水,与热水的混合温度也一定高于0℃,不可能降为0℃.这是因为冰在熔化过程尽管吸收大量的热,但温度总保持0℃不变,直到完全熔化为止.而0℃的水只要吸热必定升温.
水在凝固时放热的应用 由于水在0℃结冰时,每1千克水要放出3.35×105焦的热量,这是1千克水温度下降1℃所放出热量（4.2×103焦）的80倍.因此,北方冬天菜窖里放上几桶水,可以利用水凝固时放的热使窖内温度不致降低得很多,防止把菜冻坏.譬如在窖内放入200千克10℃的水,当这些水降温到0℃并结成0℃的冰的过程中一共可放出的热量
Q＝cm（t高—t低）＋λm,即
Q＝[4.2×103×200×（10—0）＋3.35×105×200]焦＝7.54×107焦.
如果是用燃烧干木柴（燃烧值为1.26×107焦/千克）获得这些热量,那
与此相反,冰在熔化时要吸热,而且在0℃千克冰熔化成水要从周围吸收3.35×105焦的热量.因此,天气谚语“下雪不冷化雪冷”,道理就在于雪熔化时尽管温度保持在0℃,但需要从周围吸收大量的热的缘故.
“下雪不冷化雪冷” 见“水在凝固时放热的应用”.
汽化现象 物质从液态变成气态的现象.汽化有两种方式：蒸发和沸腾.无论哪种方式的汽化过程,物质都需要吸收热量,在任何温度下,液体表面都有蒸发现象,温度越高,蒸发越快.在外界一定的压强下,当温度升高到某一特定值——沸点——时,液体发生剧烈的汽化,这时的汽化过程不仅发生在液面,也发生于液体内部,不断出现饱含蒸气的气泡上升液面,这就是沸腾.
蒸发 是液体汽化的两种方式之一,是液体在任何温度下都能发生的、并且只从液体表面发生的汽化现象.
液体中分子的热运动总是有快有慢,它们的平均动能随温度的升降而增减.在任何温度下,总有一部分分子的动能大于平均动能.那些处在液体表面附近的、动能足够大的分子,能够挣脱周围分子的引力,飞出液面,形成蒸气,这就是蒸发的微观原因.在蒸发过程中,从液体中飞出的总是动能较大的分子.这些分子飞出液体后,留在液内的分子的平均动能势必有所减小,因此在蒸发过程液体的温度下降.这时它就要从周围的物体吸收热量.可见,液体蒸发有致冷作用.利用这个道理可以获得低温.电冰箱、空调器中,氟利昂作为制冷剂,当它在蒸发器中迅速蒸发时就会大量吸热获得相当低的温度.在超低温技术中,利用液氦的绝热蒸发,可获得仅有0.7K左右的低温（约—272℃）.
影响蒸发快慢的因素 对同一种液体来说,影响蒸发快慢的因素有三个,即液体温度的高低、液体与气体间接触的表面积大小以及液面上气体流动的快慢.在同样条件下,不同液体蒸发的快慢不同.
液体温度越高,分子的平均动能就越大,其中具有足够大的动能且能飞出液面的分子也就越多.因而蒸发得越快.
液体与气体间接触的表面积越大,处在液面附近的分子数就越多,能够从液面飞出的分子也就越多.因而蒸发得越快.
飞出液面的分子如果停留在液面附近,由于分子的热运动,有的分子会撞到液面,被液体分子重新拉回到液体中去,这样蒸发将变慢.如果设法把液面上形成的蒸气吹散,使蒸气的密度减小,使蒸气分子回到液体中的数量比同时从液面跑出的分子数量少得多,蒸发就可以加快.
在同样条件下,比较不同液体的蒸发情况,容易蒸发的液体——挥发性大.这种差别跟分子间的作用力有关.分子间作用力小的液体容易蒸发.
蒸发致冷 在蒸发过程中,从液体中飞出的是动能较大的分子,这些分子飞出后,留在液体中的分子的平均动能必然减小,所以蒸发时液体的温度降低,这时它就要从周围的物体吸收热量,这就是液体的蒸发致冷作用.譬如水在 50℃的温度下,每蒸发1克需从周围吸收2380焦的热量,是1克水温度升高1℃所吸收热量4.18焦的570倍.蒸发致冷作用在日常生活、科技生产的实际中有许多现象和应用.如穿湿衣服比穿干衣服感到冷,夏天扇扇子感到凉快,出汗后站在通风处容易着凉,都是日常生活中的例证.用火车运送容易腐烂变质的食品时,常用液态氨等的蒸发来降低车厢内的温度.在医疗中可用液氮迅速蒸发时的冷却作用使病灶处的细胞组织冷冻坏死.航天飞机或卫星回收舱在返回大气中高速飞行时,由于跟空气剧烈摩擦会达到极高温度.为了保护机身或回收舱,常在它们的表面涂上防护层,防护层的物质受热熔化并蒸发时,要吸收大量的热量,从而降低了航天飞机、回收舱等表面的温度.
沸腾 是液体汽化的两种方式之一,给液体加热,当液体升高到一定温度时,液体内部涌现出大量的气泡,升到液面破裂开,放出气.这时,不仅在液面,而且在液内,即整个液体发生剧烈的汽化现象叫做沸腾.液体在沸腾过程中要吸热,在外界确定的压强条件下,液体的沸腾在一定的温度下进行,这个温度叫做沸点.外部压强改变时,液体的沸点也随着改变.当外部压强增大时,沸点升高；外部压强减小时,沸点降低.譬如,高压锅内的压强可以达到2标准大气压,其中水的沸点约为120℃；
.在相同的压强下,各种物质的沸点不同.利用这一性质,可对液体混合物进行分馏.如对石油进行分馏,按照沸点由低到高,先后可得汽油、煤油、柴油等等不同的产品.
一些物质在1标准大气压下的沸点（℃）
水的沸腾过程 给盛水的容器底部加热,原来吸附在容器底和壁上的空气以及溶解在水里的空气就分离出来,形成小气泡.由于周围的水向气泡里蒸发,所以气泡里包含的是水蒸气和空气.容器底受热温度升高时,气泡膨胀,当体积大到一定程度时,气泡就脱离容器底浮起.在达到沸点前,气泡在上升过程中体积是逐渐缩小的.这些小气泡升到液面破裂时,放出的主要是空气.当容器内水的温度都升高到沸点,气泡内的蒸气压强等于外界压强时,气泡在上升过程中体积就不再缩小.并且由于在上升过程中周围的水还不断向泡内蒸发,所以体积还会继续增大,直到升到液面破裂开.这时从气泡里放出的主要是水蒸气.这样水就沸腾了.沸腾时,在液体表面和液体内部同时发生汽化.水沸腾过程要不断吸收热量,但温度——沸点保持不变.
沸腾图象 用以表示物质的液态沸腾过程的温度—时间关系图象.如图所示,在直角坐标系中横轴表示吸热的时间,纵轴表示温度.在观察某种物质的液态吸热沸腾的过程中,记录下相隔相等时间的各个时刻物质的温度值,将各组温度、时间数据标入坐标图中（每一坐标点与一组数据对应）,然后用平滑曲线把这些点连接起来,就得到沸腾图象.从图象中可以形象地观察沸腾的全过程,不同物质液态的沸点以及过程所需时间的数值.以水在1标准大气压下的沸腾过程为例.结合观察到的状态和温度变化可知,图象中AB段表示水的温度随加热时间的增长而逐渐升高,并伴有蒸发现象：到达100℃开始沸腾,BC段表示沸腾过程,在这个过程中虽然继续加热,但温度保持不变——沸点100℃,直到水全部沸腾汽化为水蒸气；CD段则表示完全成为水蒸气后继续吸热导致温度升高的过程.
水浴 实验室的加热用器具中的一种.一般用铜等金属制成.大小容器A和B套在一起,中间以水为传热物质,如图所示.将被加热的物质置于小容器B中,使大容器A底部受热.由于容器B及其中物质是间接受热（从水中吸热）,而水的温度至多在100℃（1个大气压下）沸腾而保持温度恒定,因此适用于100℃及其以下温度加热之用.常用于化学实验室中.
有一种粘木料的胶,需要在 100℃左右的温度下熬化后才能使用、温度再高就会熬焦,失去粘性,所以熬这种胶就要用一种特殊的双层锅,在两层锅之间盛水.实际上这就是一种“水浴”.
汽化热 一定压强下,单位质量的某种物质的液态,变为同温度的气态时吸收的热量.单位是焦/千克.一定压强下单位质量的某种物质的气态,变为同温度的液态时放出的热量等于该物质在同样压强、同一温度的汽化热.不同物质的汽化热不同,同一种物质在不同温度下的汽化热也不同.
汽化热常用宇母L表示.知道了汽化热,就可以算出质量为m的液体在给定温度和压强条件下汽化时吸收的热量Q：
Q＝L·m
沸点 见“沸腾”.
沸点与压强的关系 见“沸腾”.液体沸点与外部压强有关.当外部压强增大时,液体的沸点将随着升高；外部压强减小时,沸点则随着降低,下表所列为不同外部压强下水的沸点的数值.
高压锅 又称“压力锅”.可使锅内蒸气压强达到2～2.3标准大气压的高压炊事或消毒用具.通常用铝合金或不锈钢制造.锅盖与锅体用胶圈密封,盖上有控制锅内蒸气压强的限压阀和保障安全的易熔塞.装配好后当对锅内的水加热,水蒸气不断增加时,由于蒸气不容易泄出,致使锅内气压逐渐增大,在超过设计标准数值时,蒸气将把限压阀顶开喷出一些,使锅内压强略有减小,使锅内总处于或略小于设计压强值的工作状态.如果锅内蒸气压为2个大气压时,锅内的水沸点将提高到约120℃；如果蒸气压达到2.3个大气压时,锅内的最高温度可达124℃左右.使用高压锅,既可节省燃料、时间,做出的饭菜还有特殊风味.是被广泛使用的炊事用具.
液化 物质从气态变成液态的现象.液化过程物质放出热量.所有的气体,在温度降到足够低的时候都可以液化.气体的液化温度跟压强有关系.气体的压强越大,它的液化温度越高（如水蒸气在1标准大气压下,液化温度是100℃；而在3标准大气压下,液化温度是134℃）.有些气体在常温下用增大压强的方法就可以使它们液化.譬如乙醚蒸气和液化石油气等.而有些气体必须使它温度降到一定温度以下,再经压缩才能液化.例如氧必须低于—119℃（～154K）,氮必须低于—147℃（～126K）,氢必须低于—240℃（～33K）,再加大压强才能液化,这就促进了低温技术的发展,到19世纪末,这些气体都已被液化.最后一种被液化的气体是氦.这是由于氦必须低于—268℃（即仅约5K）才能加压液化,是在世纪初（1908年）才实现的.
电冰箱致冷原理 液体汽化时有致冷作用,电冰箱等致冷设备就是根据这种作用（通常利用一种既容易汽化又容易液化的氟利昂作为工作物质）制成的.电冰箱主要由电动压缩机、冷凝器和蒸发器三部分组成.电动压缩机把氟利昂蒸气压入冰箱外面的冷凝器的管里,这时蒸气变成液态氟利昂.放出的热被周围的空气带走.冷凝器里的液态氟利昂,经过一段很细的毛细管缓慢地进入冰箱内冷冻室壁的蒸发器的管里,在这里迅速汽化、吸热,使冰箱内温度降低.生成的氟利昂蒸气又被压缩机抽走,压入冷凝器,液化,把从冰箱内带来的热放出.氟利昂这样循环流动,冰箱冷冻室里就可以保持相当低的温度.
空调器 液体汽化时吸热有致冷作用,蒸气液化时放热有“致热”作用.空调器就是根据这种作用（通常利用一种既容易汽化又容易液化的氟利昂作为工作物质）制成的调节室内温度的设备.工作原理跟电冰箱的原理相同.空调器主要由电动压缩机、冷凝器、蒸发器和风机四部分组成.以分体式空调器为例,室内机组有蒸发器和风机,室外机组有电动压缩机和冷凝器,用管道将室内、外两部分联系起来.从功能上看,空调器有单一致冷型和冷热两用型.对于致冷功能,可参见“电冰箱致冷原理”.它的工作原理示意图如图甲所示.可使室内温度低于室外（温差5℃较为合适）如果是冷热两用型,想获得暖风时,可通过变换压缩机进出口的导向阀（如图示中的Ⅰ与Ⅲ、Ⅱ与Ⅳ相接变换为Ⅱ与Ⅲ、Ⅰ与Ⅳ相接）,使致冷系统反向工作,把原来室外的冷凝器变为蒸发器,让氟利昂在室外蒸发吸热；将原来室内的蒸发器变为冷凝器,氟利昂蒸气则在室内液化放热,经风机使室内得到暖风,它的工作原理如图乙所示.可使室内温度高于室外（温差也是5℃较为适宜）.
升华 物质从固态不经过液态而直接变成气态的现象.升华过程物质要吸收热量.升华的实际现象有：冬天,晾在室外冰冻的湿衣服由于冰直接变成了水蒸气而使衣服变干；衣箱中的卫生球（萘制品）由于升华而体积渐小；对烧瓶中的少量固态碘微微加热,就会升华成为紫色的碘蒸气.在科研、生产中可利用升华吸热现象来取得低温.如常用固态二氧化碳（干冰）的升华吸热来获得低温.
凝华 物质从气态不经过液态而直接变成固态的现象.凝华过程物质要放出热量.凝华的实际现象有：冬夜,室内的水蒸气常在窗玻璃上凝华成冰晶,集聚成冰花；使已有碘蒸气的烧瓶降温散热,碘蒸气将直接凝华成固态碘；用久的电灯泡会显得黑,是因为钨丝受热升华形成的钨蒸气又在灯泡壁上凝华成极薄的一层固态钨.
干冰、萘的升华 见“升华”.
云 由高空水蒸气在空中冷却凝结成大量悬浮的小水滴或（和）凝华成的大量小冰晶组成的可见聚合体.
雾 由近地气层中水蒸气冷却凝结成大量悬浮的小水滴或（和）凝华成大量小冰晶组成的可见聚合体.雾的形成常以空中的浮尘为水蒸气的凝结（或凝华）的核心.
雨 由云中大量悬浮的小水滴,经碰撞、合并,不断增大；或云中大量悬浮的小冰晶,经碰撞、合并,不断增大,直到上升气流支持不住时下降或在下降中融化而形成雨.
雪 在较低气温下,由高空水蒸气凝华成具有六角形的大量白色冰晶,从云中降落成雪.
露 在无风的夜间或清晨,地表或草木、石块等物的温度较低（一般在0℃以上）,空气中的水蒸气在它们表面上凝结成的小水珠.
霜和霜冻 在无风的夜间或清晨,地表或草木、石块等物的温度很低（在0℃以下）,空气中的水蒸气在它们表面上凝华成的冰晶叫做霜.有霜时,往往伴有霜冻.即在冷暖过渡季节因植物周围气温短时间降到0℃或 0℃以下而遭受冻害的现象.但出现霜冻时不一定伴有霜.
理论上来说如何物质在特定的条件下都存在置态的可能
物质第四态－等离子体（plasma）
所谓等离子体就是被激发电离气体,达到一定的电离度（＞10－x）,气体处于导电状态,这种状态的电离气体就表现出集体行为,即电离气体中每一带电粒子的运动都会影响到其周围带电粒子,同时也受到其他带电粒子的约束.由于电离气体整体行为表现出电中性,也就是电离气体内正负电荷数相等,称这种气体状态为等离子体态.由于它的独特行为与固态、液态、气态都截然不同,故称之为物质第四态.
等离子体的研究是探索并揭示物质“第四态”―等离子体状态下的性质特点和运行规律的一门学科.等离子体的研究主要分成高温和低温等离子体两大方面.
高温等离子体中的粒子温度高达上千万以至上亿度,是为了使粒子有足够的能量相碰撞,达到核聚变反应.低温等离子体中的粒子温度也达上千乃至数万度,可使分子、原子离解、 电离、化合等.可见低温等离子体温度并不低,所谓低温,仅是相对高温等离子体的高温而言.高温等离子体主要应用于能源领域的可控核聚变,低温等离子体则是应用于科学技术和工业的许多领域.高温等离子体的研究已有半个世纪的历程,现正接近聚变点火的目标；而低温等离子体的研究与应用,只是在近年来才显示出强大的生命力,并正处于蓬勃的发展时期.
电磁波属于等离子态!