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 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 馬鳴宇

“水和空氣的壓縮”實驗證明不論是液體還是氣體，構成物質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：構成物質的微粒之間的間隔大小除了與壓強有關外，還與哪些因素有關？

猜想與假設：（1）小虎想到燒開一壺水時，水會溢出來，據此他提出構成物質的微粒之間的間隔大小可能與溫度有關；（2）小剛認為構成物質的微粒之間的間隔大小可能與物質所處狀態有關，對于同一種物質，氣態要比固態和液態微粒之間的間隔大；（3）小兵根據物質質量與體積成正比這一關系，提出構成物質的微粒之間的間隔大小與密度有關。

表一

表二

實驗驗證：（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℃熱水的燒杯中對其進行加熱。觀察發現，活塞逐漸向外移動，10分鐘后穩定不變。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。半小時后發現，活塞的刻度又反向向內移動，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準碘的位置加熱。觀察發現，紫黑色的固態碘升華，漂亮的紫色碘蒸氣充滿試管，這說明氣態碘的體積要比固態碘大，原因是微粒之間的間隔變大了，從而證實了小剛的猜想是正確的。

（3）針對小兵的猜想，同學們查閱了大量資料。表一是溫度為20℃，壓強為101 kPa時測得的一些固體的物質的量、摩爾質量、密度及體積的關系；表二是溫度為0℃，壓強為101 kPa時測得的一些氣體的物質的量、摩爾質量、密度及體積的關系。

結論：上述表格中，物質的量均為1摩爾，即微粒的個數相等。數據顯示，相同條件下相同物質的量的氣體體積大且近似相等，而固體、液體卻不等。

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

指導教師：榮鳳賢