项目扩展一

一、物质的聚集状态

物质的聚集状态通常有气、液、固三种状态。在研究放电管中电离气体的性质时，发现了一种新的导电流体，其中包括带正负电荷的离子、电子以及少量未经电离的分子、原子等，整体呈电中性，故称为等离子体。它与气、液、固三态在性质上有着本质的不同，是物质的另一种聚集状态，被称为物质的第四态。闪电、极光等是地球上天然等离子体的辐射现象。等离子体是宇宙间物质存在的主要形式，它占宇宙间物质总量的绝大部分。电弧、闪光灯中发光的电离气体，以及实验室中的高温电离气体是人造的等离子体。广义地讲，物质的聚集状态远不止这些，例如有人把超高压、超高温下的状态称为第五态。此外，还有超导态、超流态等。

历史上人们对气态物质的性质研究得比较多，获得了许多经验定律，然后对气体分子的运动设计微观运动模型，从理论的角度深入研究气体分子运动的规律。同时，由于在气体中分子的数量很大，需要采用统计学的方法来研究。这种从宏观到微观并利用微观图像使宏观现象得到解释的认识过程，是正确的科学研究方法，是人们应该理解和十分关注的。例如从物质的微观运动去了解压力、温度等宏观量的微观本质等。

二、pVT关系发展史

pVT关系研究的历史可追溯到1643年，伽利略（Galileo Galilei）的学生托里拆里（Evangelista Torricelli）为测定大气压力而设计的实验。稍后波义耳（Robert Boyle）在1662年和马略特（Edme Mariotte）在1676年分别根据各自的实验，归纳得出恒温下压力与体积呈反比关系，以及100多年后盖·吕萨克（Joseph Louis Gay-Lussac）得出恒压下体积与温度呈正比关系，它们是早期研究低压气体的经验概括。在此基础上，人们抽象出理想气体的概念，并逐步形成了分子运动学说。1869年，安德鲁斯（Thomas Andrews）对CO2液化的实验测定，以及范德华（Johannes Diderik vander Waals）在1881年提出的可以描述气液相变的状态方程，使pVT关系的研究进入近代阶段。此后，实验数据的准确度和精确度不断提高，并向更高的压力和更广阔的温度范围扩展，新的更准确的状态方程不断涌现。理论方面，乌尔息尔（H D Ursell）在1927年第一次由统计力学导出范德华方程。20世纪30年代末，以梅逸（J E Meyer和M G Meyer）为代表的一些科学家，导出了非理想气体的维里方程，它是第一个严格的非理想气体的理论状态方程。20世纪50年代以后，统计力学的研究逐步将注意力转向高密度气体和液体的状态方程。直至目前，pVT关系仍然是物理化学、化学物理和化工热力学研究的热点。超临界状态、电解质和高聚物电解质溶液、高分子物质等的pVT关系受到格外的关注。

三、热性质研究史

1714年华仑海特（Daniel Gabriel Fahrenheit）改良了水银温度计，建立了华氏温标，1742年摄尔修斯（Anders Celsius）提出了更方便的摄氏温标，使热性质的研究进入定量阶段。1756年，布莱克（J Black）第一次正确地区分了热和温度，并定义了比热和潜热，即比热容和相变热。反应热的测定则起源于1780～1840年拉瓦锡（Lavoisier Antoine Laurentde）和盖斯（Germain Henri Hess）等的工作。然而当时对热的本质还是不清楚的，流行的是热质论，认为热是一种没有质量和体积的物质，可以透入一切物体之中，一个物体是热还是冷，就看所含热质的多少，还制订了一个热质的单位，叫卡。这种情况一直延续到19世纪中叶，随着热力学第一定律的建立，人们才正确地认识到，热是由于温差引起的从高温物体到低温物体的能量传递。19世纪下半叶，化学反应量热的研究得到很大的发展，最为突出的是哥本哈根的汤姆杉（J Thomsen）和巴黎的贝特洛（Pierre Engène Marcelin Berthelot）的工作。这种发展是源于当时人们的一种认识，化学反应的推动力单一地决定于反应热。随着热力学第二定律的建立，人们逐渐地知道，化学反应的推动力不仅取决于反应热，还受到反应熵的制约。然而20世纪初热力学第三定律的建立告诉人们，熵仍然要依靠量热的方法求得，熵也是一个热性质。现在，热性质的测定已经达到相当准确和精确的程度，一些精密的仪器可以测出小到0.1μW的传递。研究的对象进一步扩展到生命系统和生物活性物质、金属有机化合物、各种配合物和分子簇等。理论研究近年来也有很大发展，利用量子化学方法和分子力学方法，预测热性质的准确度已经有了很大的提高。