影響微粒間間隔大小因素的探究

河北省石家莊市第二中學(xué) 馬鳴宇

影響微粒間間隔大小因素的探究

河北省石家莊市第二中學(xué) 馬鳴宇

“水和空氣的壓縮”實(shí)驗(yàn)證明不論是液體還是氣體，構(gòu)成物質(zhì)的微粒之間都有一定的間隔，且液體微粒之間的間隔比較小，氣體微粒之間的間隔比較大，因此氣體往往比液體容易被壓縮。

提出問題：構(gòu)成物質(zhì)的微粒之間的間隔大小除了與壓強(qiáng)有關(guān)外，還與哪些因素有關(guān)？

猜想與假設(shè)：（1）小虎想到燒開一壺水時(shí)，水會(huì)溢出來，據(jù)此他提出構(gòu)成物質(zhì)的微粒之間的間隔大小可能與溫度有關(guān)；（2）小剛認(rèn)為構(gòu)成物質(zhì)的微粒之間的間隔大小可能與物質(zhì)所處狀態(tài)有關(guān)，對(duì)于同一種物質(zhì)，氣態(tài)要比固態(tài)和液態(tài)微粒之間的間隔大；（3）小兵根據(jù)物質(zhì)質(zhì)量與體積成正比這一關(guān)系，提出構(gòu)成物質(zhì)的微粒之間的間隔大小與密度有關(guān)。

表一

表二

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：（1）在室溫下，用一大注射器吸入10 mL空氣，用橡皮封住注射器口，然后將注射器放入盛有60℃熱水的燒杯中對(duì)其進(jìn)行加熱。觀察發(fā)現(xiàn)，活塞逐漸向外移動(dòng)，10分鐘后穩(wěn)定不變。這說明氣體體積隨著溫度的升高而變大，其根本原因在于氣體中的微粒之間的間隔變大。半小時(shí)后發(fā)現(xiàn)，活塞的刻度又反向向內(nèi)移動(dòng)，最終停留在10 mL刻度處。這說明隨著溫度的降低，氣體體積又逐漸減小，其根本原因在于氣體中的微粒之間的間隔變小。由此得出小虎的猜想是正確的。

（2）用鑷子取一小塊固體碘于一支小試管中，用橡膠塞塞緊試管口，用試管夾夾持試管于酒精燈上對(duì)準(zhǔn)碘的位置加熱。觀察發(fā)現(xiàn)，紫黑色的固態(tài)碘升華，漂亮的紫色碘蒸氣充滿試管，這說明氣態(tài)碘的體積要比固態(tài)碘大，原因是微粒之間的間隔變大了，從而證實(shí)了小剛的猜想是正確的。

（3）針對(duì)小兵的猜想，同學(xué)們查閱了大量資料。表一是溫度為20℃，壓強(qiáng)為101 kPa時(shí)測(cè)得的一些固體的物質(zhì)的量、摩爾質(zhì)量、密度及體積的關(guān)系；表二是溫度為0℃，壓強(qiáng)為101 kPa時(shí)測(cè)得的一些氣體的物質(zhì)的量、摩爾質(zhì)量、密度及體積的關(guān)系。

結(jié)論：上述表格中，物質(zhì)的量均為1摩爾，即微粒的個(gè)數(shù)相等。數(shù)據(jù)顯示，相同條件下相同物質(zhì)的量的氣體體積大且近似相等，而固體、液體卻不等。

物質(zhì)的體積為何有如此差異呢？它受哪些因素影響呢？機(jī)靈的小明舉出下列三例來說明：（1）30個(gè)乒乓球與40個(gè)乒乓球緊密排列，誰所占空間大？顯然與個(gè)數(shù)有關(guān)；（2）30個(gè)乒乓球與30個(gè)足球緊密排列，誰所占空間大？顯然與球本身大小有關(guān)；（3）乒乓球與足球都為30個(gè)，且球與球都間隔10米，在操場(chǎng)上均勻分布，誰所占的總體積大？與球間的平均距離有關(guān)。這三組比較可以說明的是，物質(zhì)的體積受微粒個(gè)數(shù)、微粒本身的大小和微粒間的間隔三個(gè)因素的影響。因此，對(duì)于一定量的同種物質(zhì)，體積只與微粒間的間隔有關(guān)。小兵提出的構(gòu)成物質(zhì)的微粒之間的間隔大小與密度有關(guān)，其實(shí)質(zhì)是對(duì)于一定量的同種物質(zhì)，其微粒間的間隔大小決定了物質(zhì)的體積，進(jìn)而決定了密度，而不是密度決定了微粒間間隔的大小。

指導(dǎo)教師：榮鳳賢