影响微粒间间隔大小因素的探究

河北省石家庄市第二中学 马鸣宇

影响微粒间间隔大小因素的探究

河北省石家庄市第二中学 马鸣宇

“水和空气的压缩”实验证明不论是液体还是气体，构成物质的微粒之间都有一定的间隔，且液体微粒之间的间隔比较小，气体微粒之间的间隔比较大，因此气体往往比液体容易被压缩。

提出问题：构成物质的微粒之间的间隔大小除了与压强有关外，还与哪些因素有关？

猜想与假设：（1）小虎想到烧开一壶水时，水会溢出来，据此他提出构成物质的微粒之间的间隔大小可能与温度有关；（2）小刚认为构成物质的微粒之间的间隔大小可能与物质所处状态有关，对于同一种物质，气态要比固态和液态微粒之间的间隔大；（3）小兵根据物质质量与体积成正比这一关系，提出构成物质的微粒之间的间隔大小与密度有关。

表一

表二

实验验证：（1）在室温下，用一大注射器吸入10 mL空气，用橡皮封住注射器口，然后将注射器放入盛有60℃热水的烧杯中对其进行加热。观察发现，活塞逐渐向外移动，10分钟后稳定不变。这说明气体体积随着温度的升高而变大，其根本原因在于气体中的微粒之间的间隔变大。半小时后发现，活塞的刻度又反向向内移动，最终停留在10 mL刻度处。这说明随着温度的降低，气体体积又逐渐减小，其根本原因在于气体中的微粒之间的间隔变小。由此得出小虎的猜想是正确的。

（2）用镊子取一小块固体碘于一支小试管中，用橡胶塞塞紧试管口，用试管夹夹持试管于酒精灯上对准碘的位置加热。观察发现，紫黑色的固态碘升华，漂亮的紫色碘蒸气充满试管，这说明气态碘的体积要比固态碘大，原因是微粒之间的间隔变大了，从而证实了小刚的猜想是正确的。

（3）针对小兵的猜想，同学们查阅了大量资料。表一是温度为20℃，压强为101 kPa时测得的一些固体的物质的量、摩尔质量、密度及体积的关系；表二是温度为0℃，压强为101 kPa时测得的一些气体的物质的量、摩尔质量、密度及体积的关系。

结论：上述表格中，物质的量均为1摩尔，即微粒的个数相等。数据显示，相同条件下相同物质的量的气体体积大且近似相等，而固体、液体却不等。

物质的体积为何有如此差异呢？它受哪些因素影响呢？机灵的小明举出下列三例来说明：（1）30个乒乓球与40个乒乓球紧密排列，谁所占空间大？显然与个数有关；（2）30个乒乓球与30个足球紧密排列，谁所占空间大？显然与球本身大小有关；（3）乒乓球与足球都为30个，且球与球都间隔10米，在操场上均匀分布，谁所占的总体积大？与球间的平均距离有关。这三组比较可以说明的是，物质的体积受微粒个数、微粒本身的大小和微粒间的间隔三个因素的影响。因此，对于一定量的同种物质，体积只与微粒间的间隔有关。小兵提出的构成物质的微粒之间的间隔大小与密度有关，其实质是对于一定量的同种物质，其微粒间的间隔大小决定了物质的体积，进而决定了密度，而不是密度决定了微粒间间隔的大小。

指导教师：荣凤贤