為什麼一個大氣壓下100℃的時候水分子間的作用力就發生質變?

高於100℃,就變成氣體;低於100℃,就變成液體,涇渭分明。


水的分子間作用力沒有發生質變,在任何溫度下,蒸發都在進行,氣液共存。
發生「質變」的是,此時水的飽和蒸氣壓升到了大氣壓,使得氣化過程可以在液體內部進行。
打個比方,你用越來越大的力氣推一塊石頭,當用力超過靜摩擦力時,石頭忽然被推動了,但不能說你用的力氣發生了質變。


「作用力就發生質變」只是沒有依據的想像,應當首先驗證自己的前提是否正確,我想你的問題應該分成以下幾個部分。

1、水分子的作用力有發生質變嗎?
2、如果沒有發生質變,為什麼會有物相的變化呢?

在提問的時候,最好是搞清楚自己所問的問題是否正確,例如這裡,作用力並沒有發生質變,而將此作為一個前提顯然是不恰當的。事實上,在我看來,相變最有意思的地方就在於,在微觀上,作用力並沒有發生質變,但是卻發生了宏觀上我們所見到的的物相的變化。建議還是用「連續相變」「一級相變」的提法,否則無法準確描述出這一相變的本質來。而相變是一個複雜的事情,我不覺得這能從中學生的角度解釋清楚。固體到液體的相變可以是連續的,也可以是一級的,從液體到氣體也是這樣。相變的性質依賴於相互作用的形式、系統的維度、雜質、熱力學條件等等諸多的情況,我覺得這裡不能把問題說清楚。

那麼究竟什麼是所謂的「量變」「質變」的轉變條件呢?這裡說的固體—液體,液體—氣體都是一些很表層的東西,一點都不重要。用潛熱來作為判據,或者Ehrenfest的操作性定義這些當然很重要,但是這些也是很淺層的,離解決問題還有些距離。真正關鍵的,判斷一個相變究竟是「連續相變」還是「一級相變」的結構方面的判據還是沒有找到,是Landau-Lifshitz判據,簡單粗暴地說,區別在於自由能的表達式裡面是否有三階項。但是Landau-Lifshitz走得更遠,這裡面涉及到對稱性的破缺問題,Landau考慮限制某種三界不變數不能從晶體存在的不可約表示中表示出來,他給出了一個必要條件,而Lifshitz還走得更遠一些,這個地址的pdf對這個問題進行了介紹:

http://www.phys.psu.edu/~radu/notes_on_phase_transitions.pdf


總之,如果提問者的意思是關於「連續相變」和「一級相變」的區別,當然不是說Ehrenfest的那個從熱力學量求導看不連續的角度,而是從結構的角度,看是否是連續相變,那麼沿著Landau-Lifshitz判據這個角度走下去,可以有一些新的認識。總之,這個過程中的關鍵是對稱性(不可約表示)和三階不變數,而不是相互作用的改變,當然這是說結構相變,氣液相變等等還可以有其它的理論。

金晨羽提出,從某個角度來看,可以認為液體和氣體的轉變是從有較強的相互作用變到沒有相互作用的一種轉變,這樣的想法可以對應於很多常用的簡化模型,在模擬中我們就是這樣處理的,例如常見的格氣(lattice gas)模型,這是對實際狀況的抽象。但是這只是為了簡便所採取的策略,我仍然很反對從「作用力發生質變」的角度來理解相變,事實上按照這個觀點,所有的結構相變可以認為是作用力的方向發生了質變,所有的密度改變都是作用力的大小發生了質變,那這樣的討論就顯得沒有意義了。如果說要作用力發生質變,那就應該是例如某個離子晶體,當它是晶體的時候有Coulomb力,那麼變成氣體之後就沒有了——這樣的情況是不會出現的,只是力變得很微弱,但是這仍然是在同一框架下展開的,這是很重要的思想進步,我們不能退回到完全沒有知識的時代去——在上世紀初還有統計物理學家開會投票討論「是否可以用統計物理描述相變」呢,有一半的人投了反對票,或許當時就是有的人就是想著相變前後的相互作用「發生了質變」,想著氣體就是理想氣體,那麼就永遠沒有相變嘛,有了相互作用才能是液體,所以相變就是改變相互作用,因此不能用統計物理來統一描述,但是這是很錯誤的觀點。現在我們知道,在相變前後,我們寫著的是同樣的Hamiltonian,但是針對物相的不同特徵可以有不同的簡化,不過總的來說,用同一個Hamiltonian,在統計物理的框架下,我們就可以描述相變了,這才是關鍵的事情,即使是格氣相變,我們的Hamiltonian仍然是保持不變的,因此這隻能說是量變。

但是這樣說又容易把問題說絕,事實上也確實還是某些時候可以認為相變前後的力發生了「質變」,比如一些熵致相變,我們可以認為是「熵力」在驅動,那麼在相變之後就出現了「疏水相互作用」。而這則是另一個問題了。

最後,我覺得,如果希望大家涉及到科學問題的討論有意義,儘可能避免在提問中假如一些看似有道理,但是很空洞無物的哲學語言,尤其是馬克思主義的哲學語言。如果最後大家的爭論變成了對「質變」「量變」的理解上面去了,那就毫無意義甚至很可怕了。


因為我們規定水沸騰的溫度為 100 攝氏度。

攝氏溫標就是這麼來的,在標準大氣壓下,冰的熔點為0度,水的沸點為100度,中間劃分100等分,每等分為1°C。

如果換成華氏溫標,那麼水的沸點是 212 度。

為什麼 1+1=2 ?因為我們規定那個數字就寫作「2」。
╮( ̄▽ ̄")╭


低於100度,水也會蒸發,只是比較慢而已 比如 一杯水放在夏天的陽光下,一天後就會明顯減少
100度只是達到沸點


樓主想知道的是為什麼是100這個值吧,(我猜的)
我們用的100°是攝氏溫度,它的發明者是Anders Celsius(1701-1744)。
1740年瑞典人攝氏(Celsius)提出在標準大氣壓下,把冰水混合物的溫度規定為0度,水的沸騰溫度規定為100度。根據水這兩個固定溫度點來對玻璃水銀溫度計進行分度。兩點間作100等分,每一份稱為1攝氏度。記作1℃。
也就是說有沸點和熔點這兩個狀態,然後在這個區間內等份出100來的。
樓主有興趣可以繼續了解開爾文單位和華氏溫標攝氏溫標。


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