物質形態可以轉化,金屬都可以熔化變為液態,為什麼木頭不行?

2020-12-04 科學信仰

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在物理學上,物質具有六種不同的形態,分別為固態、液態、氣態、等離子態、玻色-愛因斯坦凝聚態、費米子凝聚態。

我們通常所見的火焰就是一種高溫等離子態,當然,也並不是所有的火焰都是高溫等離子態,在一些情況下,低溫同樣也可以產生火焰。相對而言,在物質的六種形態之中,固態、液態和氣態是較為常見的,大多數的物質都具有這三種不同的形態,而且在一定的條件之下,三種形態是可以進行相互轉化的。

日常生活中最好的例子莫過於水了,因為水的三種形態都是極為常見的,將會放置在冰箱的冷凍室裡,它會凝聚變為固態,而處於零攝氏度以上的常溫環境中,水又會變為它最常見的形態,液態。如果我們把水加熱到100攝氏度,那麼它會氣化,變為水蒸氣,此時的水是氣態。

日常所見的很多物質並不像水這樣,三種形態都經常可見。

比如金屬,大多數的金屬都是以固態的形式存在的,只有將它們加熱到相當的溫度,它們才會融化變為液體,比如將鐵加熱到1538攝氏度,它就會融化,從而變為鐵水,而將銅加熱到1083.4攝氏度,它就會融化,從而變為銅汁,目前已知的熔點最高的金屬是鎢,它的熔點達到了3380攝氏度。

不過熔點再高也罷,它們終歸也有從固態轉化為液態的時刻,可有些物質,我們卻從未見過它們發生形態的轉變,而且以常識來進行判斷,它們似乎也不可能發生形態的轉變,其中一個具有代表性的就是木頭,木頭的質地遠沒有金屬堅硬,但是我們從沒有聽說過木頭會變為液態。這是為什麼呢?

木頭可以變為液態嗎?能也不能。

首先,木頭和上面所提到的水與金屬都不是一回事,水也好,金屬也罷,它們都是屬於單一物質。比如水是由水分子所構成的,而金屬則是直接由金屬原子所構成的,比如鐵是由鐵原子所構成的。物質形態的變化從本質上來講是一種物理變化,舉例而言,水分子的運動速度就決定了水的外在形態。

比如當水分子緊密排列運動緩慢的時候,它就是我們常見的冰塊,是固態的,隨著溫度的升高,水分子的運動速度會加快,水也就從冰的形態融化為液態,隨著溫度的繼續升高,水分子運動速度越來越快,分子間的距離也越來越大,於是水就變為了水蒸氣,成為一種氣態物質了。金屬形態的變化和水是同理的。

水和金屬都是一種單一物質,但木頭不是,木頭的組成成分非常複雜,它是由眾多有機物和無機物結合而成的。

所以就導致了一種現象的出現,那就是木頭的燃點比熔點低,所以木頭總是到達不了熔點,就已經開始燃燒了。一般來講,木頭在200度以上就會發生閃燃現象,而溫度達到250攝氏度,則可以實現穩定燃燒,而木頭的自燃點大概在400攝氏度左右。

木頭在燃燒的過程中,其中的水分會率先蒸發,而木頭之中的主要成分,也就是纖維,將會在燃燒的過程中逐漸炭化。木頭源自於植物,而植物、動物以及我們人類,所有的生命體的基礎都是碳,所以,植物、動物以及我們人類都有著一個共同的熔點,這個熔點就是3500攝氏度。

3500攝氏度,這是碳的熔點,也可以說是所有生命體的熔點。

木頭的熔點是3500攝氏度,而在400攝氏度的時候,木頭就會發生自燃,所以木頭總是在融化之前就開會了燃燒,這就是木頭無法融化變為液體的原因所在。也許有的朋友會這樣想,將木頭放在一個密閉的高溫容器之中,讓木頭在沒有氧的環境下升溫會怎樣呢?

其實這並不是什麼新奇的設想,在這樣的環境之下,木頭大體會經歷如下的變化:水分蒸發、木頭開始炭化、最終殘留下木炭以及少量的無機鹽,在很早很早以前,人們就將這個過程稱之為:「燒炭」,我們的祖先在千百年來所使用的木炭就是以這種方法製取的。當然了,如果繼續將炭加熱到3500攝氏度以上,那麼它是會融化的。

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