自然科学概论

第三章 物质世界的统一性

第三节 物质

物质是任何有质量并占据空间的东西。气体、液体、固体、生命体，是我们通常熟悉的物质。更广义的物质是任何科学上可以观测的客体。电磁场是一种广义的物质，因为它可观测，他有能量和动量。我们把狭义的物质称为“物质”，以区别于“场”。从成分看，可分为单质、化合物、聚合物、合金等。从温度、压强、体积、院子排列等物理性质来看，物质以气、液、固、晶体、非晶体，以及超流、超导等状态存在。这些不同的状态称为相。物质都是由少数几种基本粒子组成。每一种粒子都有它的反粒子，由反粒子组成的物质称为反物质。而场的属性与侠义的物质截然不同。场不具有质量，不占据空间。场与场之间可以叠加，称为场的叠加原理。场与物质可以发生相互作用。

一、 物质的相

物质可以不同的相存在。比如水，在0摄氏度以下是冰，为固相，在0摄氏度以上，100摄氏度以下是水，为液体，在100摄氏度以上是蒸汽，为气相。相是物质的热力学性质。以不同的相存在的同一物质，其物理性质有显著的不同。相往往又被称为态，比如说气态，液态等。另外有一种热力学中的态，或状态，含义完全不同。同样是水蒸气，如果其温度或压强发生变化，就说它的状态发生变化。

相，是物质的一类相对均匀的状态的集合，这里的均匀指化学成分和物理性质均匀。气相密度小，容易压缩，分子可以自由活动，可以充满所能到达的空间。液相密度大，不易压缩，可以自由流动，没有固定的形状，有明显的界面。固相密度大，不易压缩，有固定的形状，对形变有抵抗力。还有一些不常见的相，都各自有共同的物质。处于气相的物质，通常就称之为气体，液相的物质称为液体，处于固相的物质，就称为固体。

物质的相发生变化，就称为相变。常见的相变就有溶解和凝固，蒸发和凝结。凝固是溶解的逆过程，凝结是蒸发的逆过程。某种物质发生溶解的温度，称为熔点，发生沸腾的温度，称为沸点。在不同的压强下，同一种物质的熔点和沸点不同。也就是说熔点和沸点随压强而变。另外一种是升华，从固相直接变为气相。比如冰直接变为水蒸气，硫磺直接变为硫磺蒸气。升华的逆过程就是凝华。物质的相变可以用相图来表示。如下水和碘的相图：