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物质存在三种基本状态:固态、液态和气态。在固态中,分子排列紧密有序,只能在平衡位置附近振动。在液态中,分子排列较为松散,可以相对移动,因此具有流动性。在气态中,分子运动非常剧烈,分布散乱,可以充满整个容器。物态变化就是物质在这三种状态之间的相互转换过程。
物态变化包括六种基本类型。从固态到液态的熔化过程需要吸热,相反的凝固过程则要放热。从液态到气态的汽化过程吸热,而气态到液态的液化过程放热。还有两种特殊的变化:升华是固态直接变为气态的吸热过程,凝华是气态直接变为固态的放热过程。这六种变化构成了完整的物态变化循环。
熔化是固态变为液态的过程,凝固是液态变为固态的过程。晶体和非晶体在熔化过程中表现不同。晶体有固定的熔点,在熔化过程中温度保持不变,直到完全熔化后温度才继续上升。而非晶体没有固定的熔点,在熔化过程中温度连续上升。这是因为晶体的分子排列规整有序,而非晶体的分子排列相对无序。
汽化是液态变为气态的过程,包括蒸发和沸腾两种方式。蒸发只在液体表面进行,在任何温度下都能发生,是一个缓慢的过程。而沸腾在液体内部和表面同时进行,只在沸点温度下发生,是一个剧烈的过程,会产生大量气泡。液化是汽化的逆过程,可以通过降低温度或增大压强来实现。
升华和凝华是两种特殊的物态变化,它们跳过了液态阶段。升华是固态直接变为气态的过程,常见的例子有干冰升华制造舞台效果、樟脑丸逐渐变小、冬天的冰雪直接变成水蒸气等。凝华是气态直接变为固态的过程,典型例子包括霜的形成、雾凇的形成、窗户上的冰花等。这些现象在日常生活中很常见,帮助我们理解物态变化的完整循环。