物質的粒子模型

基礎

物質由不停郁動的微小粒子組成;固體、液體、氣體的分別,主要在於粒子排列、距離和運動方式。

適合:中一科學 · 單元:物質與能量(中二預習) · 建議學習路徑第 7/12 課

學完呢課,你會識:
  • 所有物質都由粒子組成
  • 粒子排列與運動造成固液氣分別
  • 擴散顯示粒子不停運動
科學Science
讀呢課前,你應該識: 科學探究:由問題到證據

§課文原文 Passage

1一滴水中究竟藏着什麼?科學家提出粒子模型:所有物質都由肉眼看不見的微小粒子組成,粒子之間有空隙,並且不停地運動。用這個模型,就能解釋固體、液體和氣體為什麼有不同的性質。

2三種物態的差別,在於粒子的排列和運動方式。固體的粒子排列緊密,只能在原位振動,所以有固定形狀和體積;液體的粒子較為自由,可以滑動,因此形狀隨容器改變;氣體的粒子間距大,高速向四方八面亂竄,會充滿整個容器並產生氣壓。

3這個模型能解釋大量日常現象。噴香水後氣味很快飄滿房間,是粒子不斷擴散的結果;冰塊受熱融化成水、水燒開冒出蒸氣,都對應粒子排列和運動方式的改變;車胎在夏天會變得脹鼓鼓,也是氣體粒子受熱後加速運動、撞擊更有力的緣故。

4工程師更把粒子模型用於實際設計:鐵軌之間預留縫隙,橋樑設有伸縮裝置,正是為了應付金屬受熱膨脹。粒子模型把肉眼看不見的微觀世界與日常現象連繫起來,成功解釋三態變化、擴散和氣體壓力,是日後學習化學反應與物理變化的重要基礎。

1重點摘要 Summary

物質由不停郁動的微小粒子組成;固體、液體、氣體的分別,主要在於粒子排列、距離和運動方式。

2生字卡 Vocabulary

P
Particle粒子

組成物質、小到肉眼看不到的微小單位。

S
Solid固體

有固定形狀和體積,粒子只在固定位置附近振動。

L
Liquid液體

有固定體積但沒有固定形狀,粒子可以互相滑過。

G
Gas氣體

沒有固定形狀和體積,粒子相距遠並向四方散開。

D
Diffusion擴散

粒子由高濃度區域移向低濃度區域,逐漸混合均勻的現象。

M
Melting熔化

固體受熱變成液體的變化。

B
Boiling沸騰

液體受熱後,在內部和表面同時變成氣體的變化。

G
Gas pressure氣體壓力

氣體粒子不停撞擊容器壁所產生的壓力。

3逐步講解 Steps

  1. 固體固體的粒子排列緊密而有規律,粒子之間的吸引力很強,每粒粒子只能在原位輕微振動,不能自由移動。所以固體有固定的形狀和體積,例如冰塊和鐵釘,不會隨容器改變形狀。加熱時粒子振動加劇,吸引力逐漸不足以固定彼此,固體便會熔化成液體,這正是狀態變化的微觀原理。
  2. 液體液體的粒子仍然相互接近,但排列不規則,並且能夠互相滑動。所以液體沒有固定形狀,會順應容器的輪廓,卻保持固定體積:同一杯水倒進闊口杯或窄瓶,分量都一樣。加熱後粒子滑動得更快,部分粒子掙脫液面,便是蒸發;日常生活裡,倒水、倒油時液體總是順著容器鋪開,正是這種流動性的表現。
  3. 氣體氣體的粒子相距很遠,運動速度也快,不停碰撞容器壁,形成氣壓。所以氣體既沒有固定形狀,也沒有固定體積,會充滿整個容器,例如水蒸氣和空氣中的各種氣體。把氣體壓縮進較小的體積,粒子碰撞得更頻密,氣壓便增大,打氣入輪胎時手感變硬,正是這個道理。
  4. 加熱改變排法加熱不會改變粒子本身,只改變粒子的排列和運動:冰熔化、水沸騰,都是粒子吸收能量、掙脫原有排列的結果;金屬受熱膨脹,同樣是粒子振動加劇、間距拉大,粒子並沒有變大,冷卻後便會收縮回來。理解了這一點,就能明白鐵路路軌預留空隙、橋樑設計伸縮縫的實際用途。
  5. 狀態變化的名稱狀態變化各有專門名稱:固體變成液體是熔化,液體變回固體是凝固;液體變成氣體是汽化,包括蒸發和沸騰兩種方式,氣體變回液體則是凝結。要緊記,整個過程中只有粒子的排列和間距在改變,粒子本身始終沒有改變,所以水結成冰、再蒸發成水蒸氣,仍然是同一種物質。
  6. 溫度與擴散溫度反映粒子運動的劇烈程度:溫度愈高,粒子運動愈快。所以高溫之下擴散更快:把墨水滴進熱水,它迅速散開;滴進冷水,則要慢慢擴散。固體和液體同樣會發生擴散,只是速度慢得多,例如鹹魚的味道慢慢滲入附近的食物。懂得溫度與擴散的關係,日常烹調和保存食物時便能作出更好的選擇。

4圖解 Diagrams

粒子模型:固・液・氣 Solid, liquid, gas固體 solid排列整齊,只在原位震液體 liquid貼住彼此,可以流動氣體 gas四散飛馳,填滿空間加熱 → 粒子動得勁啲 → 固體變液體(熔化)、液體變氣體(沸騰)水嘅三態就係最好例子:冰 → 水 → 水蒸氣,粒子其實一直冇變,變嘅係排法同動法
圖 1:三態粒子模型

5例題示範 Example

例題:為什麼香水味會由房間一邊傳到另一邊?

  1. 香水揮發成氣體粒子
  2. 氣體粒子不停向各方向運動
  3. 粒子由高濃度位置逐漸散到低濃度位置
  4. 香氣最後均勻分布於整個房間
  5. 答案:這現象叫擴散。香水揮發成氣體粒子後,粒子不停向四面八方自由運動,由濃度高的角落逐漸移向濃度低的位置,最後均勻分布於整個房間,人人都能聞到;這直接證明了氣體粒子正在不停地運動;溫度愈高,粒子運動愈快,擴散便愈快,所以夏天氣味傳得特別遠。

6常見錯誤 Mistakes

✗ 液體粒子之間完全沒有空間。
✓ 粒子之間仍有空間,只是比氣體少。
✗ 氣體粒子本身會變大,所以氣體膨脹。
✓ 主要是粒子之間距離增加,粒子本身沒有變大。
✗ 以為冰熔化成水後,粒子變大或數目增加。
✓ 狀態變化不改變粒子的大小和數目,只改變排列和間距;總質量保持不變。
✗ 以為固體粒子完全靜止不動。
✓ 固體粒子在固定位置附近不停振動;溫度愈高振動愈劇烈,達到熔點便掙脫原有排列。

75 題快測 Quick check

Q1邊種狀態有固定形狀和固定體積?

Q2液體為什麼可以流動?

Q3擴散現象證明粒子有什麼特性?

Q4水蒸氣遇冷變回小水滴,這個變化叫什麼?

Q5溫度升高時,粒子和氣體壓力有什麼變化?

8重點回顧 Recap

  • 所有物質都由粒子組成
  • 粒子排列與運動造成固液氣分別
  • 擴散顯示粒子不停運動
  • 加熱改變粒子的排列和運動方式,造成狀態變化
  • 氣體壓力來自粒子不停撞擊容器壁

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