液体的结构
化学试剂,九料化工商城 / 2020-12-04
本章讨论物质最复杂的状态一一液态的结构，观察当固体熔化时，液体怎样形，并进而讨论当液体蒸发为气体时，会发生什么变化，我们将发现相图是讨论不同相共存的条件的种简便方法，同时我们将介绍相图中包含的某些知识.
物质通常是聚合在一起而不是整块的，在适当条件下，固体可熔化为液体，气体能冷凝为液体，本章将叙述这些状态变化的规律。状态的变化称为相变液态是人们了解得最少的物质状态，因为它是介于有规则结构的晶体和几乎完全无规则结构的气体之间的一种中间状态。然而，对液态的认识已有所进展，我们将简单地用现代的观点来描述液体。在本章中，大部分材料将讨论相变与条件的关系，例如，众所周知，水在海拔高处的沸点低于它在海平面处的沸点，同时我们将指明怎样画出相图来描绘这种关系，熔点同样也与压力有关(这就是滑冰者很容易在冰上滑动的道理)，本章也将研究其原因.
我们可以通过探索固体熔化和液体沸发生什么变化来描述液体的性质.
固体的熔化
当加热固体时，开始几乎没有什么变化。一块在100℃时的铜块，看起来与在25℃时的铜块几乎一样，但如果加以测量，将证明铜块有微小的膨胀铜块膨胀的原因很容易找出来离子受热后振动加剧，因而要占据更大的空间。图6-1(a)是这种运动的计算机模拟、从图可以看出虽然离子前后振动很剧烈，但仍不能从原晶格的位置挣脱出来.当温度升高时，振动更加刚烈，但固体的品形仍然能保持原状。因为离子只是绕在原来的位置上振动，但是块的体积却是变大了，最后，温度升高到某点，这时离子的振动是如此剧烈以致它从固定的晶格位置中挣脱出来，于是，固体就熔化为液体刚好在其熔点之上的离子运动情况的计算机模拟如图6-1(b)所示，由图可见，这时离子可在大的距离中自由运动，因为它的结构是如此稀薄，故易于流动，以致液体的形状依容器而定。液体的压缩性比气体小得多，因为它们不像气体，粒子几乎是紧密地聚在一起，只有极小的活动空间.
布朗( Brown)(在1827)首先从实验证明了液体中的分子处于不断运动的状态中，通过显微镜观察悬浮在水里的细小颗粒的运动，这些颗粒不停地进行着环绕的移动。布朗运动非常符合现代有关结构的认识，因为每个颗粒都要受到大量分子的撞击。而这种击不是均匀的，在某个瞬间，颗粒在某一面受到的撞击超过其它方面，于是颗粒就沿这个方向运动而后，另一面可能受到更多的撞击，使得该颗粒又沿另一方向运动，如图6-2所示（九料化工https://www.999gou.cn/）。
现代技术(特别是光谱学的发展)已代替了这种粗的观察方法现在人们对液体中分子运动情况已有详细的了解。从这些观察表明，液体中分子的运动介于理想气体(完全自由运动)和刚硬晶体(几乎不能运动)的中间状态。当液体中的分子运动时，其步伐很短，每一步只通过分子半径的几分之一的距离(约通过10pm)，而且各步的方向都是无规则的大约每10秒左右发生一次图1(b)必须用这种观点来作解释.
液体蒸发
液体的一些分子能够逸出到气相中去，追出的分子数随温度升高而增加.它们所产生的压力称为在该样品度下此液体的蒸气压。水在25℃时的蒸气压只有3.2kPa(0.03atm)，这是因为只有小量的分子能够逸出，当温度是100℃时，蒸气压可以升到10kPa(1atm)在标准状况下，这个压力可以抗衡大气压而使水蒸发，这就是中的水沸腾时出现的情况正常沸点就是该液体的蒸气压达到101kPa时的温度。在不同条件下(如山顶上和矿井下)其蒸气压相当于该处大气压，而在不同的温度下，这样沸点也就不同挥发性比水大的液体，在较低的温度下就可达到101kPa的蒸气压，例如液体氮，当温度只升到4.2K时就能达到这个值.
例:汞在25℃时的蒸气压为0.224Pa。求汞气压计管子顶端“真空”的压力是多少?有几滴数在30m3房间的地板上同在该房间的大气中求的质量是多少?
方法:汞蒸发直至分压为0.224Pa，对題中的第二问，假设汞蒸气是理想气体，可以用理想气体公式n=Pv/RT来计算室内大气中汞蒸气的量再以Ar(Hg)=200.6换算为的质量.
解答:管顶“真空"的压力是汞的蒸气压，即0.224Pa，在30m3房间内，相应于的分压为0.224Pa时的汞量，可由理想气体方程式求得:
PV (0.224N・m-2)×30m3
n=------=------------------------------------------=271×10-3mol
PT (8.314j・K-1・mol-1)×298K
(采用:1N=1j・m-1)，与汞的这个摩尔数相当的质量为
M=n×(Arg・mol-1)=(2.71×10-3mol)×(200.6g・mol-1)=0.54g
评注:0.54g汞蒸气是危险的，一定要及时把在地板上的汞清理干净汞蒸气压是低的，但对于要求高真空的实验来说，汞的蒸气压还是不够低的其它某些液体具有更低的蒸气压，如磷酸三甲苯，在25℃时，其蒸气压只有4.1×10-5Pa，相当于只有一个原子高度的汞柱，在现代高真空操作中几乎不采用液体.
.jpg "计算机对固体粒子运作模拟")
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