有一位童鞋在平臺上提問:鋼鐵有熔點,那木材之類的為什么沒有熔點谣沸?一燒就變黑了刷钢?
在每個人曾經(jīng)接受的義務(wù)教育中,大量地將物理概念灌輸給我們乳附,其中就包含熔點内地、沸點、固體赋除、液體阱缓、氣體等概念。但說實話举农,其實說的不夠明白荆针,定義太多就像是背書,把本來非常有趣的物理搞得非巢⒒龋枯燥祭犯。
可能有的朋友會說:提這個問題的人一看就是初中物理沒有學(xué)好秸妥!
其實沒有必要那么苛刻滚停,在我個人的經(jīng)驗來看,就是有很多細(xì)節(jié)問題可能沒有被別人注意到粥惧。我小時候也有過一個怎么也想不通的問題——物體有固键畴、液、氣三態(tài)突雪,那么牙膏屬于哪一種呢起惕?
后來我請教了大表哥,他略為思考咏删,告訴我:“牙膏是混合物惹想,里面既有固體也有液體,所以是這個樣子督函∴至唬”我當(dāng)時一下子就懂了激挪,原來這么簡單。
晶體與非晶體是熔點的關(guān)鍵
這個問題也是一樣锋叨,物質(zhì)的三態(tài)其實只能針對純凈物垄分,而熔點與沸點只能只能針對晶體,這些概念是有明確地限制范圍的娃磺,事實上世界上絕大多數(shù)物質(zhì)都是沒有熔點的薄湿,晶體是很少見的。
那什么是晶體呢偷卧?就是能構(gòu)成原子級幾何結(jié)構(gòu)的物質(zhì)豺瘤,可以是單一的一種元素,也可以是一些化合物听诸。我們知道炉奴,分子是有形狀的,原子與原子之間存在夾角蛇更,這些微觀的幾何結(jié)構(gòu)可以在組合成宏觀物體時體現(xiàn)出來瞻赶,我們可以舉一個非常經(jīng)典的例子——水。
一個氧與兩個氫成120°夾角派任,這就是水分子的結(jié)構(gòu)砸逊。這120°是圓周的1/3,所以……會產(chǎn)生什么呢掌逛?答案是六邊形师逸,沒錯,就是雪花的形狀豆混。
要組成雪花篓像,還需要一個小東西的幫助,叫氫鍵皿伺。每個水分子的氫也有機會與其它水分子的氧產(chǎn)生結(jié)合力员辩,雖然還達不到化學(xué)鍵的強度,但也不可小覷了鸵鸥,水的液態(tài)體積小于固態(tài)正是拜它所賜奠滑。在兩個水分子形成氫鍵后,其中有一個氧原子就會出現(xiàn)周圍被三個氫原子等角包圍的形狀妒穴,也就是每個角120°宋税。
那么這樣會形成什么結(jié)構(gòu)呢?只要看一眼上面這個圖就能恍然大悟讼油,當(dāng)然是正六邊形杰赛,水在凝結(jié)過程中正是由四處運動的、游離的水分子矮台,通過像積木一樣的“鑲嵌”進固體中乏屯,這被稱為晶體的成長(水只是熔點比較低而已阔墩,與其它礦物和金屬的熔點本質(zhì)是一樣的)。
正是因為這樣的成長過程瓶珊,所以晶體都有固定的熔點啸箫,因為要想從組合好的晶體上拆下分子來,就需要持續(xù)地輸入能量伞芹,在把所有晶體全部折散之前忘苛,分子表現(xiàn)出的平均動能不會變,也就是溫度不會上升(但是系統(tǒng)總能量確實是增加了唱较,因為游離的分子比結(jié)合的分子能量要高)扎唾。
鋼鐵也是晶體,金屬的晶體形式比較特殊南缓,名為金屬晶體胸遇。它的結(jié)構(gòu)雖然與礦物晶體不同,但是也一樣組成了特定的空間結(jié)構(gòu)汉形,所以擁有特定的熔點與沸點纸镊,這是晶體的共通特征。
為什么木頭會變性概疆?
木頭為什么不僅沒有熔點還會因加熱而變性逗威?
這其實是兩個問題:1、混合物沒有固定熔點岔冀。2凯旭、不同分子的溫度耐受力不一樣
首先我們要知道木頭是混合物,它的主要組成是纖維素使套、半纖維素和木質(zhì)素罐呼。這三種都是大分子有機物,而且由于這些大分子都是由大量的小有機分子聚合而成的侦高,木質(zhì)素是由三種醇單體(對香豆醇嫉柴、松柏醇、芥子醇)形成的一種復(fù)雜酚類聚合物矫膨,而纖維素和半纖維素是高聚合多糖差凹。因此它們沒有固定的大小期奔,可以很大侧馅,也可以比大更大,就算是單純的纖維素也沒有固定的空間幾何結(jié)構(gòu)呐萌,更不要說二者混合了馁痴。
其次,有機物的一大特征就是不耐熱肺孤,因為相比于碳碳雙鍵罗晕、碳碳三鍵济欢、羥基、羧基小渊、醚鍵法褥、醛基、羰基間相互連接的脆弱化學(xué)鍵酬屉,還有更結(jié)實更簡單粗暴的化學(xué)鍵組合方式半等。
比如纖維素中的元素比例有一個特點,氫與氧的比例總是2:1呐萨,所以在以前糖類也被稱為碳水化合物杀饵。那么在受到超過200℃的高溫時,其中的氫與氧就很容易相互結(jié)合谬擦,變成更低能更穩(wěn)定的水分子揮發(fā)掉切距,只剩下的碳元素,這也就是碳化惨远。如果在含有氧氣的情況下谜悟,碳會燃燒,相對的北秽,人們會利用缺氧環(huán)境制備易用的燃料木炭赌躺,也就是古代的“燒炭”。
在物理世界中羡儿,前提還是要注意一下的礼患,當(dāng)我們對一個事物進行判斷時,最重要的就是得先分清楚我們想研究的對象是不是可以應(yīng)用此概念掠归。我是酋知魚缅叠,一條隨處可見的科學(xué)作者,歡迎關(guān)注虏冻!