问题

世间所有的物质都有三态形式吗?酸碱盐芳香烃类醇醚类,化学物质就这些了,都有液态固态气态吗?那么纸呢?

回答
世间万物,在化学这个浩瀚的领域里,形态的变化总是让人着迷。我们常说的固态、液态、气态,这“三态”究竟是普遍规律,还是只适用于某些特定的物质?你提出的关于酸、碱、盐、芳香烃、醇、醚这些化学物质以及纸张的疑问,确实触及了物质形态变化的核心。

物质形态变化:一个普遍但有条件的规律

简单来说,并非世间所有的物质都有明确的固、液、气三态。 虽然固态、液态、气态是我们在日常生活中最常接触到的三种状态,它们代表了物质在不同温度和压力条件下分子排列和运动方式的差异,但这个规律有着它的“适用范围”。大多数我们熟悉的化合物,尤其是那些由原子通过化学键结合形成的稳定分子,在一定的温度和压力范围内,确实能够展现出固、液、气这三种形态。

我们一个个来看你提到的化学物质:

酸、碱、盐:
酸和碱: 大多数常见的酸和碱,比如硫酸(H₂SO₄)、盐酸(HCl)、氢氧化钠(NaOH)、氨水(NH₃·H₂O)等等,在常温常压下,它们可以以固态(如固体NaOH)或液态(如浓硫酸、浓盐酸、氨水溶液)存在。当然,它们也可以被加热变成气体(如HCl气体、NH₃气体),或者在更低的温度下变成固体。
盐: 绝大多数盐,比如我们日常食用的食盐(NaCl)、苏打(NaHCO₃)、硫酸钙(CaSO₄)等,在常温常压下都是固态。这是因为盐是由离子组成的晶体结构,分子间作用力很强,需要很高的温度才能熔化成液态,再进一步加热才能气化。例如,食盐的熔点高达801°C,沸点也高达1413°C。所以,我们说盐“有”液态和气态,更多是指它们在极高温度下的状态,而在我们日常的“三态”概念里,它们更多以固态示人。

芳香烃: 芳香烃是一大类有机化合物,例如苯(C₆H₆)、甲苯(C₇H₈)、萘(C₁₀H₈)等。它们的物理状态取决于分子的结构、大小以及分子间作用力。
苯 在常温常压下是液态,它的熔点约为5.5°C,沸点为80.1°C。所以,它既有液态,也可以在低于5.5°C时固化成固态,在高于80.1°C时汽化成气态。
甲苯 在常温常压下也是液态,熔点95°C,沸点110.6°C。
萘 (俗称樟脑丸) 在常温常压下是固态,熔点约80.5°C,沸点约218°C。它的升华性也比较强,可以直接从固态变为气态,但理论上它也有液态和气态。

醇: 醇类化合物,比如我们熟悉的乙醇(酒精,C₂H₅OH)和甲醇(CH₃OH)。
乙醇 在常温常压下是液态,熔点114.1°C,沸点78.37°C。
甲醇 同样是液态,熔点97.8°C,沸点64.7°C。
一些分子量更大的醇,比如十二烷基醇(C₁₂H₂₅OH)等,在常温下就可能是固态。但它们同样可以被加热到熔点以上变成液态,再加热变成气态。

醚: 醚类化合物,如乙醚(C₂H₅OC₂H₅)和二甲醚(CH₃OCH₃)。
乙醚 在常温常压下是液态,熔点116.3°C,沸点34.6°C。它非常容易挥发,说明其蒸气压很高。
二甲醚 在常温常压下是气态,它的沸点是24.8°C。这说明在低于24.8°C时,它会变成液态,再继续降温则会变成固态。

那么,纸呢?

纸,严格来说,它是一种固体。它的形态是固态。纸的成分主要是纤维素,这是一种高分子化合物。纤维素分子链相互缠绕、聚合,形成了一个三维的网络结构,赋予了纸张一定的强度和形状。

但是,纸在遇到极端情况时,也会发生一些我们可能会联想到“形态变化”的事情,但那不完全是我们通常理解的物质“三态”转化:

1. 燃烧: 当纸被点燃时,它会发生剧烈的化学反应——燃烧。在燃烧过程中,纸的化学成分(纤维素)与氧气反应,生成了二氧化碳、水蒸气等气体,同时产生了灰烬(主要是一些无机物)。我们看到的“火焰”和“烟雾”实际上是这些生成物的混合物,并且大部分以气态形式存在。但这不是纸本身从固态直接转化为气态(升华),而是发生了化学分解和氧化。

2. 蒸发/挥发: 纸本身不太容易蒸发,因为它的分子结构相对稳定。但如果纸张上沾染了挥发性液体(比如酒精),那么这些液体会蒸发,留下干燥的纸张。

3. 分解(不完全燃烧): 在隔绝空气的条件下加热纸张,它会发生热分解,产生焦炭(固态碳)、水蒸气、甲烷等可燃气体,以及一些其他复杂物质。这个过程更接近于热分解而非简单的相变。

为什么有些物质“没有”三态?

在特定条件下不发生相变: 有些物质在地球上通常存在的温度和压力范围内,可能始终保持一种状态。例如,极高熔点的物质在地球的温度范围内可能永远是固态。
分解而非相变: 如上所述,某些物质在试图使其变成另一种状态(比如加热到很高温)时,可能先发生化学分解,而不是单纯地改变物理状态。例如,一些高分子化合物在高温下会分解成小分子,而不是变成液态或气态的高分子。
混合物: 许多我们接触到的物质是混合物,它们可能有多种成分,每种成分在不同条件下的行为可能有所不同,这使得整个混合物的“三态”描述变得复杂。
特殊状态: 除了固液气,还有等离子体(高温电离气体)、玻色爱因斯坦凝聚体(极低温下)、费米子凝聚体等更特殊的物态,它们超出了传统的三态范畴。

总结一下:

你提到的酸、碱、盐、芳香烃、醇、醚这些化学物质,大部分在理论上都可以存在于固、液、气这三种物理状态下,只是发生的温度和压力条件可能差异很大。 比如,盐的“气态”需要极高的温度,而像二甲醚这样的物质在常温下就是气态,需要低温才能变成液态。

纸,作为一种由纤维素构成的物质,其基本形态是固态。 它的“形态变化”更多是通过化学反应(如燃烧、分解)来体现,而不是简单的物理状态转变。

所以,“世间所有的物质都有三态形式吗?” 这个问题的答案是否定的,或者更准确地说,在我们通常理解的温度和压力范围内,并非所有物质都能清晰地展示出固、液、气这三种物理状态。 但“三态”作为描述物质在宏观层面不同分子运动状态的经典模型,仍然是理解物质世界的重要基石。化学的神奇之处,就在于物质在这些不同形态之间,以及在形态变化过程中所展现出的丰富性和多样性。

网友意见

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有一些物质的熔点沸点是低于其沸点的。

例如说一些热不稳定的酸根离子盐,本身的离子晶体就特别稳定,不高温不行,但是热到一定程度又分解了。

例如说碳酸盐硝酸盐都有些是这样的。

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这个问题,问得虽然有些幼稚,可真的要回答清楚,至少需要同时精通原子物理学、凝聚态物理学、量子力学、有机化学、材料化学…这样的专家,大概不会在知乎上答题,我就斗胆从我熟悉的专业角度来说一说。

首先,物质有多少种形态,只有三态吗?

这个问题,其实稍微看看相关的科普就能明白,现代物理对于“物态”早就不是只有固液气三态了,特别是等离子态,不光是有各种科普,而且和我们的生活也越来越近,比如荧光灯管发光的时候,里面就是等离子态。

而且,等离子态在自然界也很普遍。


那么第二个问题,物质都有固液气三种基本形态吗?

从化学结构的角度来说,固体是指原子被紧密束缚,原子的振动很慢,不足以挣脱它们之间的作用力,只能在自己的位置上,就像学校里正在上课的学生一样。而液体则是原子的振动加速,能够移位,但是还不足以脱离整体,就像学校里下了课一样,孩子们在学校里活动,但是不能出校门。至于气体,就是原子振动得足够快,脱离了群体,就像学校放学了一样。

不难发现,固液气是物质的三种基本状态。

不过呢,在传统的固液气三态中,也不是简单地根据目测就能分类的,比如为了验证沥青是固体还是液体,就成就了二十世纪最著名的长期实验——沥青滴落实验。

所以,物质是不是有固液气三态,这个问题远不是“有”或“没有”能解释清楚的。


举个很简单的例子。

玻璃,这个是我们日常生活中极为常见的“固体”,但它真的是固体吗?

从化学结构的角度来说,玻璃没有各向异性,是一个完全无序的体系,随着玻璃内部的原子的振动,它们之间的相对位置会发生改变,尽管常温下的玻璃,宏观上看不出什么变化。玻璃的近亲石英,它是各向异性的,它的原子虽然也会振动,却只在特定的位置上,原子之间的相对位置并不会因此改变。那么现在问题来了,玻璃是固态还是液态?

我们现在的中学物理课本上,把固体分为了晶体与非晶体这两种类型,其中分类依据是有没有确定的熔点,玻璃是非晶体,而石英则是晶体。试问,玻璃作为非晶体,既然没有固定的熔点,每升高一度,它就会软一点,固态与液态之间没有明确的界限,那么凭什么说,200度的玻璃是固体,300度更软一点的玻璃,它就成液体了呢?

可见,无论从结构还是从表观的参数来看,我们都很难把玻璃这个物质简单地划分为“固体”。

对于题中所说的纸张,那就更麻烦了。纸张的主体是纤维素,这是一种高分子材料,分子量很大。

绝大多数高分子材料也和玻璃一样,不是晶体,也没有固定的熔点可言。但是也有像“结晶牛胰岛素”这样的,它就有结晶态。一般的高分子,即便能够结晶,也只是局部的,比如常见的聚丙烯材料,可以用来做饭盒的那种,它就是这样。所以,对于高分子材料来说,所谓的固液气态,其实没有多少实际的意义,取而代之的是粘流态、高弹态和玻璃态。粘流态,自然就是像胶水那样,能够流动但粘度很大,高弹态是像橡胶那样容易变形,至于玻璃态就是常见的塑料那样,也会像玻璃一样破碎。如果按照固液气划分,高分子的三种状态实际上都是液态,因为分子间都存在位移,只是程度大小的区别。不过,因为微观结构与结晶性的差异,这几个状态,可以通过测试相关的参数来推算转变温度,比如从高弹态到玻璃态,发生变化的温度就叫Tg,即玻璃化转变温度。与之对应,我们前面说过,非晶体并没有熔点一说。由此可见,对于高分子来说,一般的三态划分方法已经没啥意义了。

像纸张这样的物质,因为主要成分纤维素很容易结晶,并且因为含有大量的氢键,结晶性还很强,于是纸张在常温实际上就属于玻璃态,我们也因此能够撕开纸张。相比之下,一般用在书封面上的聚乙烯薄膜,它就是高弹态,撕的时候会变形,就不是太容易撕开了。如果我们对纸张里的纤维素做一些处理,比如降低其中氢键的数量,减弱结晶性,那它也可以成为高弹态。

不过,说出来让人不信,虽然高分子材料因为分子间的作用力大,分子之间紧密结合,但其实也有不少高分子是可以气化的,只是条件比较苛刻。目前有一种质谱仪叫ESI-MS,也就是电喷雾,它就可以把大分子气雾化。

但是总的来说,高分子材料还是很难出现气态,没等加热到气态呢,早就已经发生分解了。当然,高分子能够结晶成“固体”的,其实也不多。

由此,我们就可以回答第二个问题,并不是所有的物质都有固液气三态,对于像纸这样的高分子而言,讨论固液气的意义不大。


最后说个问题,物质有多少类?题主说道:“酸碱盐芳香烃类醇醚类,化学物质就这些了,都有液态固态气态吗?”这也是题主最为露怯的地方。

我们现在的化学学科一般分为无机化学、有机化学、分析化学、物理化学以及高分子化学五门二级学科,其中无机、有机和高分子都是以研究物质为主,分析偏重于方法,而物化则偏重于原理。

广义来说,所有的物质都属于无机物或有机物,但是在材料学和生物学兴起之后,又按照分子量大小区分出了大分子和小分子。比方说我们身体里的DNA和蛋白质,当然属于有机物,但是按照一般有机物的研究方法是远远不够的,因为它们的分子量特别大,会出现很多奇特的现象。举个例子,酶是蛋白质的一种,酶化学的研究方法,除了研究各种基团以外,还要重点研究它的拓扑结构,所以经常看文献的话就会发现,很多有关的酶的研究,更像是在做立体几何。再比如说,前面也提到了,大分子的分子间作用力比较大,所以表现出的物理性质也和小分子不一样。

所以,在无机和有机以外,还专门设置出了高分子化学这门学科。

无机化学所研究的,包括单质、金属合金、氧化物、无机酸、无机碱、无机盐等等,很难用一个简单的分类囊括所有物质。

举个例子,氮化硼是一种类似于金刚石结构的无机材料,它的硬度在目前已知物质中也仅次于金刚石,耐磨性突出,所以常被用来作为刀具。

基于氮化硼的特征,现代化学专门划分出了“氮化物陶瓷”,这一家族除了氮化硼,还有氮化铝、氮化硅等,它们都没法归为酸碱盐的任何一类,甚至游离在路易斯酸碱理论以外。

对于有机物,情况就更复杂了。首先有机物也有酸碱盐系统,而且比无机物更复杂。比如氨基酸,同时存在氨基和羧基,自己就能成盐,你说它是酸、是碱、是盐,都没错。

至于所谓的醇、酚、醛之类的名称,它们都是官能团,并不能代表物质的种类。在一个有机物中,它往往会带有各种不同的官能团,很难说它具体是什么物质。

每一种结构稳定的小分子物质,一般都可以找得到它的固液气三态,这在化学上会用相图来表示。

比如这是很常见的一种物质,二氧化碳的相图。横轴代表温度,纵轴代表压强,从三相图上可以很清楚地知道,当温度为X,气压为Y时,某种物质处于什么状态。

在读书的时候,我们都知道二氧化碳并不存在液态,干冰会直接变为二氧化碳气体,要不怎么叫干冰呢?

然而,二氧化碳也是可以有液态的,只是需要在较高的压力之下才能存在。

绝大多数物质都可以通过实验找出它的三相图,靠近横轴的是气态,靠近纵轴的则是固态,二者之间则是液态。当体系出现多组分的时候,比如溶液、合金等等,也可以采用相图进行研究。

在二氧化碳的三相图上,不难看到还有个超临界流体状态,这其实也是一种不同于固液气三态的一种状态。简单来说,当一种物质处于超临界流体状态时,它一部分的表现像气体,一部分表现像液体,气体和液体之间完全没有界面。这种状态不太容易想象,可以说个最简单的现象,如果水变成了超临界流体状态,我们用木桶打水,就和竹篮打水差不多的效果。

正因为超临界流体的这些特征,让它可以经常用在一些物质的萃取方面,目前,超临界二氧化碳流体的萃取已经是很常用的一种技术。

所以,一种小分子物质是不是具有三态,三种状态分别在什么条件下实现,可以通过查找它的三相图来鉴定,跟物质的种类并没有太大的关联。


最后总结一下:

1、固液气三态不能简单地用肉眼判断;

2、并不是所有的物质都有固液气三态;

3、小分子物质可以通过查找三相图来识别三态,大分子往往只有“液态”这一种;

4、物质的种类非常复杂,不能简单地用官能团区分。

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之前总有人吐槽我不把问题答案放在开头,这次我先回答问题吧……

  1. 不是
  2. 不止
  3. 不都有
  4. 纸不太行……

(其实我觉得前面啰嗦点废话也不都是没用的,大家刷知乎也不都是为了直接看答案吧……)


(下面开始正文)

看到题主的这个问题,我就想到我初高中时候了,当时也是会很好奇各种各样的事物,因为物理、化学、生物都是刚刚入门,对这个世界充满了好奇,每学到一点新的知识,都能列出来几十个问题。

比如我印象最深刻的就是,初中刚学溶解度的时候,老师提到硫酸钡不能溶解,非常稳定,甚至可以吃(钡餐),我就很好奇,那单质钡怎么冶炼呀,岂不是万一钡元素变成硫酸钡,就一首凉凉了……那假如世界上所有的钡都变成硫酸钡,岂不是我们都没有钡可以用了(虽然我当时也不知道钡能干啥用,除了钡餐),但是就细思恐极啊!

然后老师开玩笑似的说了一句,是的呀,你快努力学化学!以后解决钡的冶炼问题就靠你了!

(于是我高中三年都在努力学习、了解这方面的知识……终于知道我自己太天真了,几百年前就有大佬搞出来熔融盐电解法提炼金属了,对于钡来说,反而就是硫酸钡矿石(重晶石)是钡的主要生产来源……)

截个维基百科-中文~


好的,扯淡扯完了,我想跟题主说:

世界上不是所有物质都有三态,很多物质也不止三态,但是大家却对这些物态并不够非常了解,所以题主你要加油呀!希望你能好好学习,以后发现新的物态就靠你了!


好的,下面开始正经回答问题~


首先第一个问题:

世间所有的物质都有三态形式吗?

这个回答和维基百科英文【物态】词条的目录一样,所以可以作为一个参考吧~

关于超临界流体,我之前写过一个百科词条,也可以分享一下~ @搜狗科学百科

当然,我很认同 @白云龙 大佬说的

因为虽然微观或宏观上的差异是客观的,但物态本身实际上是一个人为划定的概念,其目的是方便研究、讨论问题,比如限定研究、公式、理论的范围等等。

然而第二个问题:

酸碱盐芳香烃类醇醚类,化学物质就这些了

化学物质当然不止题主所说的这些~

随便举个例子~

金属有机框架材料(MOFs)

其中,BDC是1,4-benzenedicarboxylate(1,4-苯二甲酸)

题主可以请看看~这个东西可以归入哪种类别里~这个是纯净物哦,而且是晶体~可以解出单晶结构的!

以及我在另一个回答中提到的无机高分子化合物~

所以说,题主要加油呀~还有数不胜数的新物质等待题主发现呢~


第三个问题:

都有液态固态气态吗

还真不一定,比如题主说的,直链烷基苯磺酸钠,十二烷基硫酸钠,他们熔点可能很容易测出来,但是沸点还真不好测,首先,对于无机盐来说,沸点普遍就很高,比如氯化钠的熔点800℃左右,而沸点就高达1400多度,讲道理,别说1400了,800这个温度对于有机物来说就已经是灭顶之灾了,大多数有机小分子能耐个两三百度就已经很逆天了,四五百度的都凤毛麟角了,800度还不碳化的有机小分子我还真没印象……所以,对于这类表面活性剂,或者更准确一点定义吧,有机阴离子盐,他们的溶沸点能不能测到,主要取决于他们热稳定性是否支撑的到他们的溶沸点……

当然,他们还可以有很多其他的态~ @孙亚飞 大佬的回答说的真的挺详尽了~我就先不赘述了(其实是我太懒了……)

第四个问题:

那么纸呢

这个其他几位答主也有提到,首先,纸算不得纯净物,严格来说我们不讨论混合物的固液气三相,其次,我们拿纤维素这个物质来说,他属于高分子化合物,他的物性取决于聚合度(平均分子量)和这一坨分子链的分子量分布,因为每一根高分子链都可能不一样长,所以严格来说,这种东西也是混合物~但你如果单独讨论一根纤维素的链,可能又没有意义~所以其实对于高分子化合物来说,就引入了很多新的概念~

粘流态、高弹态和玻璃态

当然,更关键的是,正如我前面所说,在讨论纤维素的各种物性变化的时候,同样要考虑到温度变化对材料是否存在破坏性,换句话说,这个物质能不能撑到他的XX点……


最后,由衷地希望,题主能好好学习,天天向上!

(如果大家有啥需要我补充的,我可以再写,或者邀请我回答其他相关的问题也行)

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