大到宇宙中的星體,小到肉眼看不見的粒子,構成了千姿百態的物質世界。各種物質之間存在著多種相互作用,也不斷發生著變化。我們每天都生活在一個不斷變化的物質世界裡,因此,認識物質及其變化,對於了解自然現象和規律極其重要,也與我們的日常生活緊密相關。
一、物理變化和化學變化
我們知道,水在一定條件下可以變成冰或者水蒸氣,鐵在潮溼的地方會生鏽,木材可以在空氣中燃燒。像水變成冰或者水蒸氣,這種沒有生成其它物質的變化叫做物理變化。冰和水蒸氣都是水,只是狀態不一樣,冰是固態的水,水蒸氣是氣態的水。打個比方,一百塊錢,撕成兩半,它還是一百塊錢,把它粘起來一樣可以買東西。像鐵生鏽,木材燃燒,這種生成了其它物質的變化叫做化學變化,又叫做化學反應。鐵是一種物質,鐵鏽是另外一種物質。木材燃燒後的木炭也不再是木材。
化學變化的基本特徵是有其它物質的生成,常表現為顏色改變、放出氣體、生成沉澱等。化學變化不但生成其它物質,還伴隨能量的變化,這種能量變化常表現為吸熱、放熱、發光等。上述可觀察到的現象常常可以幫助我們判斷物質是否發生了化學變化。物質發生化學變化的過程中,會同時發生物理變化。例如,點燃蠟燭時,石蠟受熱熔化是物理變化,而石蠟燃燒生成水和二氧化碳是化學變化。
二、物理性質與化學性質
我們將物質在化學變化中表現出來的性質叫做化學性質。通常的化學性質有可燃性,汽油可以燃燒,說明汽油具有可燃性;助燃性,氧氣可以支持燃燒,說明氧氣具有助燃性;毒性,煤炭燃燒不充分會產生一氧化碳,一氧化碳可以與人體內的血紅蛋白結合,造成人體缺氧,嚴重時可致死亡;穩定性,我們經常喝的可樂、雪碧裡面含有碳酸這種物質,碳酸不穩定,容易分解成二氧化碳和水,打開可樂后里面會冒氣泡,其實就是跑出來的二氧化碳氣體。腐蝕性,濃硫酸就具有強烈的腐蝕性。說到濃硫酸,在這裡提一件事,2017年7月13日,在英國首都倫敦,短短72分鐘內發生了5起濃硫酸毀容事件,很可怕,所以我們在生活中一定要注意保護好自己。
物質不需要發生化學變化就表現出來的性質叫做物理性質。物質的顏色、狀態、氣味、硬度、熔點、沸點、密度等都屬於它的物理性質。顏色狀態氣味可以簡單地記為色態味,比如通常狀態下,氧氣是一種無色、無味的氣體,水是一種無色透明的液體;金剛石的硬度很強,是世界上硬度最強的物質,它的絕對硬度最高可以達到10000,而鐵的絕對硬度一般最多在五六十左右;我們知道鎢的熔點很高,有3410攝氏度,可以用作燈絲,但它還不是最高的,最高是一種鉿的化合物叫五碳化四鉭鉿,熔點達到了4215攝氏度,可以用作火箭的噴嘴。一般水的沸點是100攝氏度,氧氣的沸點是負的183攝氏度。
說點有趣的,在地球上,密度最大的是金屬鋨,它的密度為22.5×103kg/m3。但是在茫茫的宇宙中,金屬鋨簡直是「密度家族」中的小不點。白矮星,個子不大,密度卻大得驚人,為3×1010kg/m3,大概是鋨的100萬倍,水的密度是1×103kg/m3是水的幾千萬倍。那白矮星是不是密度大王呢?不是,還有更厲害的。中子星的密度高達1×1018kg/m3,也就是說,一塊火柴盒那麼大的中子星物質,有大概幾十億噸的質量。宇宙中還有一種新天體,密度比中子星都大,它對其他物體的吸引力非常強,只要吸引就會被它吞沒,甚至連光也不放過,因為它不發光,所以人們給它取了個形象的名字叫「黑洞」。
當外界條件改變時,物質的性質也會隨著變化。例如,在標準大氣壓強,也就是101千帕的時候,水的沸點是100攝氏度,但是,在空氣比較稀薄的地方,比如青藏高原,水的沸點會降低,在那裡用水來煮飯可能就煮不熟了。
物質有什麼樣的性質,那它就有什麼樣的用途。物質的性質決定物質的用途。水和二氧化碳可以用來滅火,酒精可以作為燃料,石墨可以用於製造筆芯等等。對物質性質的學習,一定會使你對身邊的物質世界有更新的認識。