【水为什么是湿的】分子怎样结合和分离

你可能已经在冬天的河流 、湖泊或池塘里看到过水在结冰时， 最引人注目的特性之一：冰是固体水，冰下是液态水。在冰上是水蒸 气（始终存在于空气中 ）。这一切有什么不同寻常呢？

“ 特立独行 ”之处在于，水是世界上唯一能够同时存在三种形态 的物质：固态、液态和气态 。

一种物质的这三种状态到底是什么？它们在哪些方面有所不同， 在哪些方面是相似的？

让我们先考察一种固态物质。正如你所知，为了打破某样东西， 你必须施加力量，有时是相当大的力。所以我们可以做出第一个推 论 : 组成固体的分子是牢固结合的。否则，我们称之为固体的东西早 就解体了。

你还知道，一个固体，在被融化或破碎之前，会保留一种盘形、 方形、管形、球形等不同的形状。换言之， 所有固体都能保持它们的 模样。所以我们可以做出第二个推论。固体中有一个固定的排列： 每个分子都有自己的位置，就像队列中的士兵一样（只要士兵各就 各位，编队就会保持队形 ）。

最后，你还要知道这个性质 : 固体很难压缩。它说明了什么？ 在固体中，分子紧密地“ 挤压 ”在一起，就像向日葵花盘上的种子 一样。

而同样的葵花籽，只要放在玻璃杯里，就可以和液体的分子相比 较。这里的安排没有那么严格，虽然它们仍然“ 挤 ”得很紧。液体 也是很难压缩的。如果你把水吸进注射器，堵住针头开口，然后在推 杆上用力，就会明白这一点。所以在液体中，分子也是紧密排列的。

但是液体中的分子是否牢牢固定在一起呢？你当然不会这么想， 因为液体可以分解成微小的液滴。不妨做点想象，一个小液滴里有 多少分子。答案是，亿兆难尽 !

因此，在液体中，分子也会紧紧抓住相邻分子的。否则，液体就 不会分成液滴，而是化作单个的分子了。

于是，我们现在可以确定，液体和固体之间有一些共同之处；它 们的分子都排列紧密，也就是说，彼此相距很近，每个分子紧紧地抓 住邻近的分子。

但也有一个重要区别。因为液体中分子的排列不像固体中那样 严格，所以液体不能保持住它的形状。简单说，就是会流动。

现在我们来比较一下液体和气体。如果你曾经给自行车轮胎打 气，就可能会注意到，与液体不同，气体很容易被压缩。

一升空气如果充分施压，可以浓缩到一个顶针的空间里！ 你应该明白，为什 么能够如此呢 ？ 因为空气分子之间有空隙。例如，在你的房间里， 两个相邻空气分子之间的距离大约是分子本身大小的十倍。

再让我们从另一个方面来比较液体和气体。你买了一袋牛奶。 体积有半升。你把牛奶倒进瓶子里，它仍然是半升。

无论在一个罐子、平底锅或咖啡壶里， 牛奶在任何地方所占的体积都是一样的。

那么气体呢 ？ 它没有一个确定的体积。气体分子如果没有容器的壁或房间的墙阻挡，一有机会就四散而去。如果你在太空中打开一个气瓶，气体分子会向宇宙各处逃逸！

由此，你可以很快做出以下推论：没有任何物质能让气体分子紧挨在一起。

让我们做个总结。在固体和液体中 , 分子彼此排列紧密，牢牢结 合在一起。在气体中，分子之间的距离很远，互相没有结合到一起。

现在你可以做另一个重要的推论了。帮助分子彼此“ 紧紧抓住 ”的力 ( 物理学家称之为分子间凝聚力 ) 只在短距离内起作用。

你可能想知道，一只蜥蜴是如何沿着光滑的墙壁，甚至天花板爬行而不会掉下来。是什么力量在起作用？

蜥蜴的四只脚上，有数百万根细毛组成的小刷子。即使最光滑 的表面也有微小的缝隙。在行动过程中，细毛的分子非常接近所在 表面的分子，这样，分子之间的凝聚力就起作用了。所以蜥蜴能爬在 墙上或天花板上，不像许多人设想的那样，是通过吸盘来控制的。而 是靠着分子间的作用力。

但气体分子之间不会相互靠近吗 ？ 应该说会的！ 它们不断相 互碰撞。例如在你的房间里，每个空气分子每秒钟要发生不少于 40亿次碰撞！ 照说，如此大量的碰撞，空气分子最终都应该密切地结 合在一起，并互相“ 紧紧抓住”, 成为液滴和晶体。但为什么它们没 有像水分子一样形成云和雾，或者像雨一样落在地面上呢 ？ 为什么 没有液态氧的小小溪流，没有液态氮的清晨露珠，没有固态二氧化碳 形成的霜冻和冰川 ？ 是什么阻止了这些气体分子的结合？

答案是速度。你房间里的氧和氮分子正在以大约每秒 500 米的 速度运动 , 即每小时 1800 千米 , 比声速高出 50%! ( 请记住，这是它 们的平均速度：有的分子慢，有的分子快。）当它们以如此高的速度 碰撞时，分子没有时间去结合。它们会像台球一样互相反弹。现在 该知道如何帮助气体分子结合起来了：你必须降低它们的速度。

但如何做到呢 ？ 通过冷却气体。因为温度越高，分子运动就越 快。相反，温度越低，分子运动就越慢。因此，任何气体都可以被冷 却到变成液体甚至固体的程度。然而，尽管分子的运动速度减慢了， 但并没有停止。不过，固体或液体中的分子不会像在气体中那样四 处乱飞。固体状态下，它们“ 在一处跳舞 ”。而液体中，分子一会儿 在这个地方跳舞，然后一跃！ 又到另一个地方蹦跶了。再过了一会 儿，它们又蹿到第三处。就这样持续下去。

能量最大的分子可以跳得很远，它们落到表面，与邻近的分子告 别，然后飞走。这便是液体蒸发。如果它被加热到沸点，分子不仅在 表面开始分离，而且在液体内部也开始分离，直到全部变成蒸汽 ( 或 者说“ 汽化”, 这是一回事 )。