【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)6677版』，此版叢書(shū)是“數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)編委會(huì)”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材，本系列叢書(shū)共包含17本，層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平，其最大特點(diǎn)就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書(shū)是大半個(gè)世紀(jì)前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來(lái)自學(xué)。不過(guò)這套叢書(shū)卻很適合像我這樣已接受過(guò)基礎(chǔ)教育但卻很不扎實(shí)的學(xué)酥重新自修以查漏補(bǔ)缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫(xiě)的注解。

【山話嵓語(yǔ)】『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)』其實(shí)還有新版，即80年代的改開(kāi)版，改開(kāi)版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過(guò)我依然選擇6677版，首先是因?yàn)?677版保留了很多古早知識(shí)，讓我終于搞明白了和老工程師交流時(shí)遇到的奇特專業(yè)術(shù)語(yǔ)和計(jì)算模式的來(lái)由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險(xiǎn)極小，即使出版社再版也只會(huì)再版80年代改開(kāi)版。我認(rèn)為6677版不失為一套不錯(cuò)的自學(xué)教材，不該被埋沒(méi)在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時(shí)間，將『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)6677版』上傳成文字版。

第七章物態(tài)的變化

【山話||? 本系列專欄中的力單位達(dá)因等于10??牛頓；功的單位爾格等于10??焦耳；熱量的單位卡路里等于4.186焦耳。另外這套老教材中的力的單位常用公斤，如今是不允許的，力是不能使用公斤為單位的?！?

§7-8飽和汽的性質(zhì)

【01】在§7-7中已經(jīng)講過(guò)飽和汽的壓強(qiáng)，現(xiàn)在我們要問(wèn)飽和汽的性質(zhì)和氣體的性質(zhì)是否相同以及是否遵循一般的氣體定律呢？飽和汽的體積、溫度和壓強(qiáng)之間的關(guān)系又是怎樣的呢？下面我們就從三方面來(lái)進(jìn)行研究。

1、液體的飽和汽壓跟液體種類的關(guān)系

【02】在§7-7中，我們已從實(shí)驗(yàn)求得乙醚的飽和汽壓。采用同樣的方法，我們可以得到其他液體的飽和汽壓。將每一次實(shí)驗(yàn)所得到的飽和汽壓的數(shù)值記錄下來(lái)，就可以看到各種液體的飽和汽壓是不同的。為了進(jìn)行更明顯的對(duì)比，我們也可以作下面的實(shí)驗(yàn)。把四根長(zhǎng)約 80 厘米一端封閉的玻璃管各分為兩段，用長(zhǎng)約 6 厘米的橡皮管連接在一起。在這四根長(zhǎng)玻璃管中裝滿了水銀，然后倒立在一個(gè)水銀槽里，使管子的上部形成托里拆利真空（這種情況跟我們做大氣壓強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)相同）。讓左邊第一根管子的上部保持真空，作為氣壓計(jì)。然后用注射器吸水，將注射器的針頭扎入管子下端的短橡皮管里，并將少量水注入左邊第二根管子。由于水的比重比水銀小，水就很快地升到水銀柱的上面，并在托里拆利真空中全部蒸發(fā)掉，這樣，原來(lái)是真空的管子里就有了水汽壓，于是水銀柱的高度開(kāi)始下降，從第一與第二根管子水銀柱的高度差，可以知道水汽壓的數(shù)值。繼續(xù)注入水，直到水銀柱的上端留有不再蒸發(fā)的水為止。這時(shí)水銀柱上面空間里的水汽已經(jīng)達(dá)到飽和狀態(tài)。它的飽和汽壓用水銀柱下降的高度表示。再用注射器將酒精和乙醚分別注入第三根和第四根管子里，這時(shí)管里的水銀柱都會(huì)下降，可是它們下降的高度卻不相同。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果正如圖7·11所示，從對(duì)比中可以明顯地看到乙醚的飽和汽壓最大，酒精較小，水最小。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，四根管子是處在同一溫度下的（實(shí)驗(yàn)過(guò)程很快，室溫變化不大），所以我們說(shuō)，每一種液體在一定溫度下有一定的飽和汽壓，而不同種類液體的飽和汽壓卻不相同。

【03】為什么飽和汽壓和液體種類有關(guān)呢？這也要從分子內(nèi)聚力的大小來(lái)理解，液體分子內(nèi)聚力越小，飛出液面的分子數(shù)就越多。因此，為了要使飛回液體的分子數(shù)和飛出液面的分子數(shù)相等，即達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，液面上的汽的密度就必須比較大，可是當(dāng)液面上汽的密度比較大時(shí)，它的壓強(qiáng)也就較大了。乙醚的內(nèi)聚力最小，所以它的飽和汽壓就最大。表7·3是幾種液體在 20℃ 時(shí)的飽和汽壓。

2、在一定的溫度下，同一種液體的飽和汽壓跟它體積的關(guān)系

【04】我們?cè)賮?lái)做圖7·10所示的實(shí)驗(yàn)。我們記得圖7·10(c)里是飽和的乙醚汽，這一次我們還可以多加一些乙醚，讓它留在水銀面上。保持溫度不變，慢慢地提高或降低右管的位置，使左管中水銀面也隨著升高或降低，因而乙醚汽的體積也縮小或變大。仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)過(guò)程，并做好記錄（正如圖7·12所示）。這時(shí)，我們可以清楚地看到下列兩個(gè)現(xiàn)象。

【05】第一，不管是乙醚飽和汽的體積變大還是縮小，兩管水銀面的高度差總是保持不變，也就是說(shuō)乙醚的飽和汽壓保持一個(gè)定值。

【06】第二，水銀面上一直保留有乙醚液體，只是數(shù)量有所增減，乙醚汽所占的體積大時(shí)乙醚液體余量少；而體積小時(shí)乙醚液體余量多。

【07】這些現(xiàn)象說(shuō)明了在一定的溫度下，同一種液體的飽和汽壓和飽和汽所占的體積沒(méi)有關(guān)系。因?yàn)樵谝欢囟认拢绻柡推捏w積增大，則汽的密度就要變小。因此，單位時(shí)間內(nèi)飛回液面的分子數(shù)就要少于飛出液面的分子數(shù)。這樣，汽就處于未飽和狀態(tài)，于是，液體又要繼續(xù)蒸發(fā)，直到汽處于飽和狀態(tài)，即達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡為止。也就是說(shuō)，汽的體積增大時(shí)，由于繼續(xù)蒸發(fā)，汽的質(zhì)量增加了，而汽的密度卻保持不變。反過(guò)來(lái)，在一定溫度下，減小飽和汽的體積時(shí)，汽的密度變大，單位時(shí)間內(nèi)飛回液面的分子數(shù)多于飛出液面的分子數(shù)。這樣，一部分汽就開(kāi)始凝結(jié)，直到恢復(fù)了原有的飽和值時(shí)才停止。所以總的來(lái)說(shuō)，在一定的溫度下，增大或減小飽和汽的體積時(shí)，它的質(zhì)量也隨著增加或減少，而它的密度卻保持不變，所以它的飽和汽壓也就保持不變?；貞浺幌略谥v氣體定律時(shí)，我們?cè)?jīng)指出氣體的質(zhì)量是一定的，而在研究飽和汽時(shí)，它的質(zhì)量卻在不斷地改變，這樣我們就很容易理解氣體定律并不適用于飽和汽。飽和汽受壓縮時(shí)，凝結(jié)成液體，同時(shí)飽和汽壓并不發(fā)生變化；但一定質(zhì)量氣體被壓縮時(shí)，壓強(qiáng)卻可能發(fā)生變化。

3、同一液體的飽和汽壓強(qiáng)跟溫度的關(guān)系

【08】我們?cè)侔褕D7·10的實(shí)驗(yàn)改變一下。在圖7.10(c)的左管外邊套上一個(gè)粗玻璃管，如圖7·13所示，管內(nèi)流通著一定溫度的水。首先使左管內(nèi)仍裝著乙醚的飽和汽，水銀面上留著一薄層液態(tài)的乙醚。在粗管內(nèi)灌入溫度高于室溫的熱水后，將看到乙醚迅速蒸發(fā)，水銀面隨著下降，同時(shí)左右兩管內(nèi)水銀面的高度差也隨著而減?。ㄟ@時(shí)仍然維持左管內(nèi)有乙醚的液體薄層）。如果水的溫度更高，那么，兩管水銀面的高度差將更小。這說(shuō)明溫度越高，飽和汽壓越大。如果灌入冷水，那么，兩管水銀面的高度差就要變大，這說(shuō)明溫度越低，飽和汽壓越小。如果改用其他液體作同樣的實(shí)驗(yàn)，也得到類似的結(jié)果。由此可知，液體的飽和汽壓隨溫度的升高而變大。

【09】表7·4是乙醚、酒精和水在不同溫度下的飽和汽壓數(shù)值。

【10】圖7·14是水的飽和汽壓跟溫度的關(guān)系圖線。從表里的數(shù)值可以看到，當(dāng)溫度從 0°C 升到 10°C 時(shí)，水汽飽和壓強(qiáng)增加到 0°C 時(shí)的 2 倍；從 0°C 升到 20°C 時(shí)，增加到 0°C 時(shí)的 3.8 倍。這和氣體的查理定律——?dú)怏w溫度每升高 1°C，體積只增加 0°C 時(shí)的——相差很遠(yuǎn)。為什么飽和汽壓會(huì)隨著溫度升高而變大呢？而且為什么會(huì)增加得這么快呢？原來(lái)飽和汽體的壓強(qiáng)也是跟它單位體積內(nèi)的汽分子個(gè)數(shù)以及汽分子速度有關(guān)。在液體溫度升高的時(shí)候，液體分子的平均動(dòng)能變大，每秒鐘飛出液面的分子數(shù)增多，因而飽和汽的密度變大，單位體積空間內(nèi)飽和汽的質(zhì)量也增加了。同時(shí)由于溫度的升高，汽分子運(yùn)動(dòng)的平均速度也變大，這就使飽和汽每秒撞擊液面或器壁的次數(shù)增多，每次撞擊的作用加強(qiáng)。正是由于這個(gè)雙重的原因，使飽和汽壓隨著溫度的升高而變大。

【11】歸納以上三方面的研究，可以得到下列結(jié)論：飽和汽壓的大小，與物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，并隨著溫度的升高而增大，但是跟飽和汽的體積無(wú)關(guān)。