同一种物质，三副面孔
冰箱里的冰块、杯子里的水、烧水时看不见的水蒸气，其实是同一种物质：水。冰块能保持自己的形状；水倒进什么容器就是什么形状；水蒸气则会散开，充满整个房间。
物质最常见的三种状态是固态solid、液态liquid和气态gas。为什么同一种物质会表现得这么不一样？这节课用“粒子模型”来回答。
三态的宏观特征
| 状态 | 形状 | 体积 | 能否压缩 | 例子 |
|---|---|---|---|---|
| 固态 | 固定 | 固定 | 几乎不能 | 冰、铁、食盐 |
| 液态 | 不固定，随容器改变 | 固定 | 几乎不能 | 水、酒精、食用油 |
| 气态 | 不固定 | 不固定，充满整个容器 | 容易 | 空气、水蒸气、二氧化碳 |
液化石油气能被压进钢瓶，自行车打气筒能把很多空气压进轮胎，都是因为气体容易被压缩。
粒子模型
物质是由大量极小的粒子（分子、原子等，模块 3 会细讲）构成的。用三句话就能描述这些粒子：
- 粒子很小。 一滴水里大约有 个水分子。（ 表示 1.7 乘以 10 的 21 次方，也就是 17 后面再跟 20 个 0。这种写法叫科学计数法，1.3.2 节的工具卡会讲。）
- 粒子在不停地运动。 温度越高，运动越快。
- 粒子之间有间隔，也有相互吸引的作用。 粒子离得越近，吸引越明显。
用这三句话描述物质的模型，叫做粒子模型particle model。有了它，三态的区别就好解释了：
- 固体：粒子紧密、整齐地排列，彼此吸引得很牢，只能在固定的位置附近振动。所以固体有固定的形状和体积。
- 液体：粒子仍然挨得很近，但排列不整齐，能互相滑过。所以液体能流动，形状随容器改变；粒子之间几乎没有空隙，所以体积固定、很难压缩。
- 气体：粒子之间的间隔很大，吸引作用很弱，粒子快速、无规则地向各个方向运动。所以气体能充满整个容器，也容易被压缩。
下面的容器里始终是同样 30 个粒子。点“固态”“液态”“气态”，看它们怎样排列和运动；再按“压活塞”，看哪种状态能被压缩：
| 粒子间隔 | 很小，排列整齐 |
|---|---|
| 粒子运动 | 只在固定的位置附近振动 |
| 形状 | 固定 |
| 体积 | 固定 |
| 能否压缩 | 几乎不能 |
注意：三种状态下粒子的个数和大小都没有变，变的只是粒子的排列方式、间隔和运动的快慢。
例题 1：注射器实验
两支注射器，一支吸满空气，另一支吸满水，用手指堵住注射器口，再推活塞。哪一支容易推动？为什么？
- 看现象。 吸满空气的注射器容易推动，活塞能推进去一大截；吸满水的几乎推不动。
- 想粒子。 气体粒子之间的间隔很大，推活塞时间隔变小，体积就变小了。
- 对比液体。 液体粒子之间几乎没有空隙，没有地方可以“挤”，所以很难压缩。
- 结论。 气体容易压缩，液体很难压缩，原因是两种状态下粒子间隔的大小不同。
例题 2：水变成水蒸气，体积为什么会变大？
在 100 °C 时，水变成同温度的水蒸气，体积大约变成原来的 1600 倍。水分子变大了吗？
- 数量。 变成水蒸气时，水分子的数目没有增加。
- 大小。 每个水分子本身的大小也没有变。
- 间隔。 液态时水分子挨得很近；变成气态后，分子之间的间隔变得很大。
- 结论。 体积变大，是因为分子之间的间隔变大了，不是因为分子变大或变多了。
- 打开一瓶香水，很快满屋都能闻到香味
香水的粒子不停地运动，扩散到了房间各处。
- 液化石油气能被压缩到钢瓶里
气体粒子之间的间隔很大，加压后间隔变小。
- 50 mL 水和 50 mL 酒精混合后，总体积小于 100 mL
两种粒子的大小不同，混合后一种粒子钻进了另一种粒子的间隔里。
- 湿衣服在阳光下比在阴凉处干得快
温度越高，水的粒子运动越快，越容易跑到空气里去。
- 两块表面磨得很平的铅块压紧后，能粘在一起
表面靠得足够近时，粒子之间的吸引作用把两块铅连在了一起。
- 温度计里的液柱受热后升高
受热时粒子之间的间隔变大，液体膨胀；粒子本身并没有变大。
- 品红在热水里比在冷水里散开得快
温度越高，粒子运动越快。
- 固体铁块很难被拉断
铁的粒子之间吸引得很牢。
常见误区
误区 1：“物体受热膨胀，是因为粒子变大了。” 粒子本身的大小不变，变大的是粒子之间的间隔。
误区 2：“固体里的粒子是静止不动的。” 固体粒子也在不停地运动，只是只能在固定的位置附近振动，不能到处移动。
误区 3：“气体看不见，所以没有质量。” 气体也是物质，也有质量。在常温下，1 L 空气的质量大约是 1.2 g。
即时小测
下列事实中，最能说明气体粒子之间间隔很大的是？
间隔大，才有空间被压缩。B 说明粒子在运动；C 是状态变化；D 说明固体粒子之间吸引得很牢。
水结成冰时，下列说法正确的是？
结冰时水分子本身没有变，只是排列方式和间隔变了；冰里的水分子仍然在振动。
小结
- 固体有固定的形状和体积；液体有固定的体积，形状随容器改变；气体没有固定的形状和体积，容易被压缩。
- 粒子模型：粒子很小；粒子在不停地运动，温度越高运动越快；粒子之间有间隔，也有相互吸引。
- 三态的区别来自粒子的排列、间隔和运动方式不同，粒子本身的大小和数目不变。
通往 AP（以后再看）
AP 化学 U3.3 要求画出、读懂固体、液体、气体的粒子示意图（particle diagram）。U3.1 会解释粒子之间的吸引作用到底是什么（分子间作用力，intermolecular forces）；U3.5 的分子运动论（kinetic molecular theory）会定量地说明：温度越高，粒子的平均动能越大。