魯科版-物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)-第3章 物質(zhì)的聚集狀態(tài)與物質(zhì)性質(zhì)-第4節(jié) 幾類其他聚集狀態(tài)的物質(zhì)

《物質(zhì)的其他聚集狀態(tài)》知識點總結(jié)精彩圖文導(dǎo)入利用納米技術(shù)，將普通的物質(zhì)材料重新構(gòu)筑成納米級的材料后，它的物理，化學(xué)性能便會發(fā)生極大的改變。如金屬銅，具有一定的可塑性和硬度，但如果將其制成納米級的材料后，銅就會發(fā)生超塑性變形（如上圖）。金屬銅加工成納米材料為什么會具有了超塑性？納米材料和我們前面學(xué)習(xí)晶體有和不同？帶著問題我們來學(xué)習(xí)物質(zhì)的其他聚集狀態(tài)。高手支招之一：細(xì)品教材從內(nèi)部結(jié)構(gòu)來看，物質(zhì)的狀態(tài)可分為固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)三種聚集態(tài)。對于固態(tài)物質(zhì)，原子或分子相距相近，分子難以平動和轉(zhuǎn)動，但能夠在一定的位置上做程度不同的振動；對液態(tài)物質(zhì)而言，分子相距比較近，分子間作用力也較強(qiáng)，分子的轉(zhuǎn)動明顯活躍，平動也有所增加，使之表現(xiàn)出明顯的流動性；至于氣態(tài)物質(zhì)，分子間距離大，分子運動速度快，體系處于高度無序狀態(tài)。研究表明，物質(zhì)除了有固、液、氣三種基本聚集狀態(tài)外，還存在著其他聚集狀態(tài)。（一）非晶體1．晶體與非晶體的本質(zhì)區(qū)別：在固體時又分為晶體和非晶體，它們的最大區(qū)別在于物質(zhì)內(nèi)部的微粒能否有序地規(guī)則排列。晶體之所以有規(guī)則的幾何外形，因為其內(nèi)部的微粒在空間按一定的規(guī)律周期性重復(fù)排列而表現(xiàn)出長程有序，就是說如果把晶體中任意一個微粒沿某個方向平移一定距離，必能找到一個同樣的微粒。而玻璃、石蠟、瀝青等非晶體物質(zhì)內(nèi)部微粒的排列則是長程無序和短程有序，所以它們沒有晶體結(jié)構(gòu)所具有的對稱性、各項異性和自范性。非晶體材料常常表現(xiàn)出一些優(yōu)異的性能。【【高手筆記】非晶體與晶體的本質(zhì)區(qū)別在于內(nèi)部微粒在空間是否按一定規(guī)律做周期性重復(fù)排列，但是要了解固體除了晶體和非晶體之外還存在準(zhǔn)晶體。1．關(guān)于非晶體的敘述中，錯誤的是（）A．是物質(zhì)的一種聚集狀態(tài)B．內(nèi)部微粒的排列是長程無序和短程有序的C．非晶體材料的所有性能都優(yōu)于晶體材料D．金屬形成的合金也有非晶體解析：非晶體材料常常表現(xiàn)出一些優(yōu)異性能，但并不能說所有性能都優(yōu)于晶體。答案：C（二）液晶1．液晶定義：在一定溫度范圍內(nèi)存在的液體即具有液體的可流動性，又具有像晶體那樣的各項異性，這種液體為液態(tài)晶體，簡稱為液晶。2．液晶的性質(zhì)：液晶在折射率、磁化率、電導(dǎo)率等宏觀性質(zhì)方面之所以表現(xiàn)出類似晶體的各向異性，是因為內(nèi)部分子的排列沿分子長軸方向呈現(xiàn)出有序的排列。液晶的顯示功能與液晶材料內(nèi)部分子的排列密切相關(guān)。在施加電壓時，液晶分子能夠沿電場方向排列，而在移去電場之后，液晶分子又恢復(fù)到原來的狀態(tài)。這就是電子手表和筆記本電腦數(shù)字或圖像得以顯示的原因。【【高手筆記】液晶可分為近晶型液晶、向列型液晶、膽甾型液晶。近晶型液晶的分子排列比較整齊，近似于晶體，這種液晶黏度較大，流動性較差。向列型液晶的分子作交錯平行排列，這種液晶黏度較低，流動性較好。膽甾型液晶分子也作層狀，但是與前兩者有所不同。2．關(guān)于液晶的敘述中，錯誤的是（）A．液晶是物質(zhì)的一種聚集狀態(tài)B．液晶具有流動性C．液晶和液態(tài)是物質(zhì)的同一種聚集狀態(tài)D．液晶具有各向異性解析：液晶既具有流動性，也具有類似于晶體的各向異性，是介于液體和晶體之間的一種特殊的聚集狀態(tài)。答案：C（三）納米材料1．定義：納米材料實際上是指三維空間尺寸至少有一維處于納米尺度的、具有特定功能的材料。【【高手筆記】注意：納米是一種長度單位，1nm＝10－9m2．結(jié)構(gòu)：納米材料由直徑為幾個或幾十個納米的顆粒和顆粒間的界面兩部分組成。納米顆粒是長程有序的晶體結(jié)構(gòu)，界面則是既不長程有序也不短程有序的無序結(jié)構(gòu)，因此納米材料宏觀物體的獨特性質(zhì)。與普通的金屬、陶瓷和其他固體材料一樣，納米材料也是由原子組成，只不過這些原子排列成了納米量級的原子團(tuán)，成為組成納米材料的結(jié)構(gòu)粒子。通常組成納米材料的晶狀顆粒內(nèi)部的有序原子與晶類界面的無序原子各約占原子總數(shù)的50%，從而形成與晶態(tài)、非晶態(tài)均不同的一種新的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。3．性質(zhì)：由于納米材料的粒子細(xì)化和界面原子比例較高，使得納米材料在光、聲、電、磁、熱、力、化學(xué)反應(yīng)等方面完全不同于由微米級或毫米級的結(jié)構(gòu)顆粒構(gòu)成的材料。例如：納米陶瓷有極高的硬度，并在低溫下顯示出良好的延展性；納米金屬則成為絕緣體，且各種納米金屬顆粒幾乎都是黑色，據(jù)此納米金屬材料可制作隱形飛機(jī)上的雷達(dá)吸收材料?！尽靖呤止P記】從納米材料的結(jié)構(gòu)特征來看，納米固體具有與晶態(tài)、非晶態(tài)和原子簇等不同的物理——化學(xué)特性。這些特性來源于兩個方面即表面效應(yīng)與體積效應(yīng)。納米材料既具不同于原來組成的原子、分子，也不同于宏觀的物質(zhì)的特殊性能構(gòu)成的材料。如果僅僅是尺度達(dá)到納米，而沒有特殊性能的材料，也不能叫納米材料。3．納米材料具有一些與傳統(tǒng)材料不同的特征，具有廣闊的應(yīng)用前景。下列關(guān)于納米材料基本構(gòu)成微粒的敘述中，錯誤的是（）。A．三維空間尺寸必須都處于納米尺寸B．既不是微觀粒子也不是宏觀微粒C．是原子排列成的納米數(shù)量級原子團(tuán)D．是長程有序的晶狀結(jié)構(gòu)解析：納米顆粒的三維空間尺寸只要有一維處于納米尺度即可。答案：A（四）等離子體1．定義：等離子體是指由大量帶電微粒（離子、電子）和中性微粒（原子或分子）組成的物質(zhì)聚集體稱為物質(zhì)的等離子體。因為等離子體中正、負(fù)電荷大致相等，總體來看等離子體呈準(zhǔn)電中性。等離子體是繼固體、液體、氣體之后物質(zhì)的第四種聚集狀態(tài)。2．產(chǎn)生途徑：可通過高溫、紫外線、X射線和γ射線等手段使氣體轉(zhuǎn)化為等離子體。【【高手筆記】在化學(xué)領(lǐng)域常用的產(chǎn)生等離子體的方法主要有以下幾種：（1）氣體放電法（2）光電離法和激光輻射電離（3）射線輻照法（4）燃燒法（5）沖擊波法。3．特性：等離子體中的微粒帶有電荷且能自由運動，使等離子體有很好的導(dǎo)電性，加之有很高的溫度和流動性，所以等離子體用途十分廣泛。產(chǎn)生等離子體的方法和途徑多種多樣，涉及許多微觀過程、物理效應(yīng)和實驗方法。其中，宇宙天體及地球上層大氣的電離層屬于自然界產(chǎn)生的等離子體。【【高手筆記】氣體放電是產(chǎn)生等離子體的一種常見形式，氣體放電實現(xiàn)的方式可以千差萬別，但產(chǎn)生放電的基本過程是利用外（電）場加速電子使之碰撞中性原子（分子）來電離氣體。4．下列關(guān)于等離子體的敘述中，錯誤的是（）A．是物質(zhì)的一種聚集狀態(tài)B．是一種混合物存在狀態(tài)C．具有導(dǎo)電性D．基本構(gòu)成微粒只有陰、陽離子解析：等離子體的基本構(gòu)成微粒既有帶電的陰、陽離子，也有中性的分子或原子，是個復(fù)雜的混合體系，D選項錯誤。答案：D高手支招之二：基礎(chǔ)整理本節(jié)深入淺出的介紹了不同聚集類型及不同聚集程度的聚集體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)特點，進(jìn)一步掌握物質(zhì)的聚集狀態(tài)由構(gòu)成物質(zhì)的微粒種類、微粒間相互作用、微粒的聚集程度決定。高手支招之三：綜合探究1．金的常規(guī)熔點為1064℃，但2nm尺寸金的熔點僅為327℃左右；優(yōu)良的金屬導(dǎo)體在尺寸減少到幾納米時就成了絕緣體且各種金屬納米顆粒幾乎都是黑色。這是為什么？組成納米材料的晶狀顆粒內(nèi)部的有序原子與晶粒界面的無序原子各約占原子總數(shù)的50%，從而形成與晶態(tài)、非晶態(tài)均不同的一種新的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。在納米晶粒中表面活性原子占總原子數(shù)的比例非常大，使其表面能大大增加，熔化時所需能量減少，熔點降低，因此納米金的熔點遠(yuǎn)低于金的常規(guī)熔點。在金屬納米粒子中電子的數(shù)量是有限的，因而能帶是不連續(xù)的，造成了光吸收等異常物性，因此各種金屬納米顆粒幾乎都是黑色，隨著粒子的微細(xì)化，金屬超導(dǎo)臨界溫度TC逐漸提高，這樣優(yōu)良的金屬導(dǎo)體在尺寸減少到幾納米時就成了絕緣體?！尽靖呤止P記】與普通的金屬、陶瓷和其他固體材料一樣，納米材料也是由原子構(gòu)成的，這些原子是否排列成了納米量級的原子團(tuán)，由分析納米材料的粒子細(xì)化和界面原子比例的高低，從而可說明納米材料具有既不同于微觀粒子又不同于宏觀物體的獨特的性質(zhì)。2．下圖是“晶體和非晶體導(dǎo)熱性能實驗儀”（①是放置云母片或玻璃片的嵌縫，②為去掉尖頭的15W平直電烙鐵，③為實驗儀的底座，④為烙鐵固定架）。在云母片插入①處嵌縫中，蠟層朝上，蠟層的反面緊貼烙鐵直頭，將烙鐵接通電源30s后斷電，云母片蠟層上形成透明橢圓蠟斑；接著取下云母片，換上玻璃片，經(jīng)過同樣的操作程序，玻璃片上蠟層形成透明圓形蠟斑。請你對上述實驗現(xiàn)象做出合理的解釋。由實驗探究物質(zhì)性質(zhì)的差異應(yīng)遵循以下思路：分析實驗現(xiàn)象得出物質(zhì)性質(zhì)的差別。由云母片實驗時形成橢圓蠟斑，玻璃片形成圓形蠟斑可以推斷云母片在不同的方向上導(dǎo)熱性能不同，從而說明是否表現(xiàn)出各向異性；由玻璃片在各個方向上導(dǎo)熱性能相同，從而說明是否表現(xiàn)出各向同性。從結(jié)構(gòu)上分析物質(zhì)性質(zhì)存在差異的原因。云母片和玻璃片性質(zhì)上存在差異的根本原因可從內(nèi)部原子的排列推斷：要清楚前者內(nèi)部原子的排列是否規(guī)整嚴(yán)格，后者內(nèi)部原子的排列是否雜亂無章。推廣到結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)。云母是否屬于晶體而玻璃是否屬于非晶體，由此可說明晶體具有各向異性而非晶體具有各向同性。云母晶體內(nèi)部原子的排列十分規(guī)整嚴(yán)格，在空間按一定規(guī)律周期性重復(fù)排列而表現(xiàn)出長程有序，因此在進(jìn)行導(dǎo)熱性實驗時在不同的方向上導(dǎo)熱性能不同，表現(xiàn)出各向異性。玻璃屬于非晶體其內(nèi)部原子的排列則是雜亂無章，長程無序，短程有序，因此在各個方向上的導(dǎo)熱性能相同，表現(xiàn)出各向同性。高手支招之四：典題例析1．納米材料是21世紀(jì)最有前途的新型材料之一，世界各國對這一新材料給予了極大的關(guān)注。納米粒子是指直徑為1-100nm的超細(xì)粒子（1nm=10-9m）。由于表面效應(yīng)和體積效應(yīng)，其常有奇特的光、電、磁、熱等性質(zhì)，可開發(fā)為新型功能材料，有關(guān)納米粒子的敘述不正確的是（）A．因納米粒子半徑太小，故不能將其制成膠體B．一定條件下納米粒子可催化水的分解C．一定條件下，納米TiO2陶瓷可發(fā)生任意彎曲，可塑性好D．納米粒子半徑小，表面活性高解析：題中涉及納米材料這一新型材料，根據(jù)納米粒子微粒大小，判斷出其分散質(zhì)粒子大小剛好處在膠體分散質(zhì)大小的范圍內(nèi)，因此我們要結(jié)合膠體知識，并緊密聯(lián)系題干中的有關(guān)知識、分析討論。答案：A2．前不久我國科學(xué)家成功合成了3nm長的管狀納米管，長度居世界之首。這種碳纖維具有強(qiáng)度高、剛度（抵抗變形的能力）高、密度小（只有鋼的1/4），熔點高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定性好的特點，因而被稱為“超級纖維”。下列對碳纖維的說法不正確的是（）A．它是制造飛機(jī)的理想材料B．它的主要組成元素是碳C．它的抗腐蝕能力強(qiáng)D．碳纖維復(fù)合材料不易導(dǎo)電解析：納米材料有其獨特的功能，我們都知道：一般飛機(jī)是用鋼鐵制造的，由于碳纖維的“強(qiáng)度高、剛度高、密度小”，它也可以作為制造飛機(jī)的理想材料；碳纖維復(fù)合材料其主要元素是碳，但由于合成的是納米級材料，碳原子最外層有4個電子，也可以類似于石墨結(jié)構(gòu)，存在著自由電子。答案：D3．以下說法正確的是（）A．納米材料是指一種稱為“納米”的新物質(zhì)制成的材料B．綠色食品是指不含有任何化學(xué)物質(zhì)的食品C．生物固氮是指植物通過葉面直接吸收空氣中的氮氣D．光導(dǎo)纖維是以二氧化硅為主要原料制成的答案：D思路分析：納米（nanometer，nm）是長度計量單位，1nm=10-9m，約等于四五個原子排列起來的長度。廣義的納米材料是指三維尺寸中至少有一維處于納米量級的材料。納米材料的許多性質(zhì)既不同于原子、分子，也不同于宏觀的物體，它擁有優(yōu)異的特性。例如金屬銅或鋁作成納米顆粒遇到空氣就會激烈燃燒、發(fā)生爆炸，可作為火箭的燃料、催化劑；納米陶瓷有顯著的可塑性、高強(qiáng)度、耐高溫，克服了一般陶瓷材料的脆性弱點，用納米陶瓷制成的發(fā)動機(jī)，能耐高溫、不需要冷卻，耐磨損、壽命長。半導(dǎo)體納米材料，可以發(fā)出各種顏色的光，可以做成超小型的激光光源。新型的納米材料碳納米管，密度是鋼的1/6、強(qiáng)度是鋼的100倍等等。納米是指材料粒子的尺寸，不是物質(zhì)的名稱，選項A是錯誤的。任何物質(zhì)（不包括“場”，如電場、磁場等等）都是由原子、分子、離子等等組成，從組成和結(jié)構(gòu)來看，它們都是“化學(xué)物資”。不管什么食物，都是物質(zhì)，因此也都是“化學(xué)物質(zhì)”，本選項的說法也是錯誤的。B項之所以錯誤，是由于市場上有人誤將Chemicals譯作“化學(xué)物質(zhì)”而導(dǎo)入各種商品廣告詞中。Chemicals是“化學(xué)制品”或譯作“化學(xué)藥品”，包括防腐劑、著色劑、調(diào)味劑等等各種添加劑，它們不是純天然產(chǎn)物?，F(xiàn)代人類食品推崇純天然，而且希望制造食物的動植物原料在培養(yǎng)過程中也沒有用過有殘留的農(nóng)藥殺蟲劑或生長激素等等化學(xué)制品，這樣的食物可以稱為綠色食品。簡言之，不含“化學(xué)制品”不等于說不含“化學(xué)物質(zhì)”，所以本選項也是錯項。植物只能吸收并利用氨和硝酸鹽，不能直接利用游離的分子氮。但是許多微生物都能將空氣中的氮氣還原成氨，這叫做生物固氮。生物固氮對維持自然界中的氮循環(huán)和供應(yīng)植物生長所需要的氮素來源，都起著重要的作用。能固氮的生物體大體上可以分為自生固氮生物和共生固氮生物兩大類。共生固氮生物的特點是它們獨立生活時，沒有固氮作用，當(dāng)它們侵入宿主植物后形成根瘤，從宿主植物吸收碳源和能源并進(jìn)行固氮作用，供給宿主以氮源。豆科植物往往是合適的宿主。但是固氮僅在根部，并不在葉面。在葉面上可以進(jìn)行光合作用，而不是固氮作用，本項是錯項。光纖通信是利用光導(dǎo)纖維傳輸信息的通信方式，它于20世紀(jì)70年代前后開始發(fā)展，80年代進(jìn)入實際應(yīng)用階段，現(xiàn)已得到廣泛應(yīng)用。光纖的原料是二氧化硅，用量很少。一根光纖可通幾十萬路電話或幾十路電視，用光纖代替電線可以節(jié)省大量金屬。本選項正確。答案：D高手支招之五：思考發(fā)現(xiàn)1．晶體與非晶體的本質(zhì)差異。自范性微觀結(jié)構(gòu)晶體有（能自發(fā)呈現(xiàn)多面體外形）原子在三維空間里呈周期性有序排列非晶體沒有（不能自發(fā)呈現(xiàn)多面體外形）原子排列相對無序高手支招之六：體驗成功（一）基礎(chǔ)強(qiáng)化1．(2004·長沙)水的狀態(tài)除了氣、液和固態(tài)外，還有玻璃態(tài)。它是由液態(tài)水急速冷卻到165K時形成的。玻璃態(tài)的水無固定形狀，不存在晶體結(jié)構(gòu)，且密度與普通液態(tài)水的密度相同，有關(guān)玻璃態(tài)水的敘述中正確的是（）A．水由液態(tài)變?yōu)椴ＡB(tài)，體積縮小B．水由液態(tài)變?yōu)椴ＡB(tài)，體積膨脹C．玻璃態(tài)是水的一種特殊狀態(tài)D．玻璃態(tài)水是分子晶體2．下列關(guān)于聚集狀態(tài)的敘述中，錯誤的是（）A．物質(zhì)只有氣、液、固三種聚集狀態(tài)B．氣態(tài)是高度無序的體系存在狀態(tài)C．固態(tài)中的原子或者分子結(jié)合的較緊湊，相對運動較弱D．液態(tài)物質(zhì)的微粒間距離和作用力的強(qiáng)弱介于固、氣兩態(tài)之間，表現(xiàn)出明顯的流動性3．下列特殊聚集狀態(tài)中，不具有導(dǎo)電功能的是（）A．等離子體B．非晶體C．液晶D．金屬納米顆粒4．下列關(guān)于物質(zhì)特殊聚集狀態(tài)結(jié)構(gòu)的敘述中，錯誤的是（）A．等離子體的基本構(gòu)成微粒的排列是帶電的離子和電子及不帶電的分子或原子B．非晶體基本構(gòu)成微粒的排列是長程無序和短程有序的C．液晶內(nèi)部分子沿分子長軸方向有序排列，使液晶具有各向異性D．納米材料包括納米顆粒與顆粒間的界面兩部分，兩部分都是長程有序的5．下列物質(zhì)中，不屬于非晶體的是（）A．玻璃B．石蠟和瀝青C．塑料D．干冰6．等離子體的用途十分廣泛，運用等離子體束切割金屬或者進(jìn)行外科手術(shù)，利用了等離子體的特點是（）A．微粒帶有電荷B．高能量C．基本構(gòu)成微粒多樣化D．準(zhǔn)電中性7．電子表、電子計算器、電腦顯示器都運用了液晶材料顯示圖像和文字。有關(guān)其顯示原理的敘述中，正確的是（）A．施加電場時，液晶分子垂直于電場方向排列B．移去電場后，液晶分子恢復(fù)到原來狀態(tài)C．施加電場時，液晶分子恢復(fù)到原來狀態(tài)D．移去電場后，液晶分子沿電場方向排列8．下列關(guān)于納米材料的敘述中，錯誤的是（）A．包括納米顆粒和顆粒間界面兩部分B．納米材料屬于晶體C．納米材料屬于非晶體D．同一種金屬元素構(gòu)成的納米材料與宏觀金屬晶體具有完全等同的性質(zhì)（二）綜合應(yīng)用9．納米材料的表面粒子數(shù)占總粒子數(shù)的比例極大，這是它具有許多特殊性質(zhì)的原因。假設(shè)某納米顆粒的大小和形狀恰好與某晶體晶胞的大小和形狀（如圖）相同，則這種納米顆粒的表面粒子數(shù)占總粒子數(shù)的百分?jǐn)?shù)為（）A．%B．%C．%D．100%10．高溫、紫外線、X射線、γ射線等都可以使氣體轉(zhuǎn)化為等離子體。下列敘述中不涉及等離子體的是（）A．日光燈和霓虹燈的燈管中B．蠟燭的火焰中C．流星的尾部D．南極的冰川中11．電子數(shù)相等的微粒叫等電子體，下列微粒組是等電子體的是（）A．N2O4和NO2B．Na+和NHC．CH4和HFD．NO和O212．已知BN是一種新型的無機(jī)材料，由于與屬于等電子物質(zhì)（等電子體是原子個數(shù)相等，電子數(shù)也相等的物質(zhì)），其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有很大的相似性。BN有兩種晶體，根據(jù)以上信息，對BN兩種晶體的描述中不正確的是（）A．其中一種晶體可用作耐磨材料B．其中一種晶體可用作潤滑材料C．其中一種晶體鍵角為90°D．其中一種晶體中存在六元（三）創(chuàng)新拓展13．21世紀(jì)的新領(lǐng)域納米技術(shù)正日益受到各國科學(xué)家的關(guān)注，2000年美國總統(tǒng)克林頓宣布了國家納米倡議，并于2001年財政年度增加科技支出的26億美元中，其中5億給納米技術(shù)。請根據(jù)右圖回答下列問題：（1）納米是單位，1納米等于米。納米科學(xué)與技術(shù)是研究結(jié)構(gòu)尺寸在1至100納米范圍內(nèi)材料的性質(zhì)與應(yīng)用。它與分散系的粒子大小一樣。（2）世界上最小的馬達(dá)，只有千萬分之一個蚊子那么大，如圖，這種分子馬達(dá)將來可用于消除體內(nèi)垃圾。①該圖是馬達(dá)分子的（填“比例模型”或“球”棍模型）。②該分子中含有的組成環(huán)的原子是元素的原子，分子中共有個該原子。教材習(xí)題解析與答案1．略2．液晶既具有液體的可流動性，又具有象晶體那樣的各項異性。液晶產(chǎn)品有電子表、液晶顯示屏等。3．等離子體中的微粒帶有電荷且能自由運動，使等離子體有很好的導(dǎo)電性，加之有很高的溫度和流動性，所以等離子體用途十分廣泛。4．略點擊STS等離子體化學(xué)及其應(yīng)用物質(zhì)的第四態(tài)——等離子態(tài)早在19世紀(jì)初，物理學(xué)家便提出：是否存在著與已知的物質(zhì)“三態(tài)”有本質(zhì)區(qū)別的第四態(tài)？隨之進(jìn)行了許多探索和研究。1835年，法拉第用低壓放電管觀察到氣體的輝光放電現(xiàn)象。1879年，英國物理學(xué)家克魯克斯在研究了放電管中“電離氣體”的性質(zhì)之后，第一個指出物質(zhì)還存在一種第四態(tài)。1927年朗格謬在研究水銀蒸氣的電離狀態(tài)時最先引入plasma（等離子體）這一術(shù)語。1929年湯克斯和朗格謬給等離子體賦予“電離氣體”的涵義。由此可見，發(fā)現(xiàn)物質(zhì)第四態(tài)已經(jīng)有100多年了。物質(zhì)的這一新的存在形式是經(jīng)氣體電離產(chǎn)生的由大量帶電粒子（離子、電子）和中性粒子（原子、分子）所組成的體系，因其總的正、負(fù)電荷數(shù)相等，故稱為等離子體。繼固、液、氣三態(tài)之后列為物質(zhì)的第四態(tài)——等離子態(tài)。之所以把等離子體視為物質(zhì)的又一種基本存在形態(tài)，是因為它與固、液、氣三態(tài)相比無論在組成上還是在性質(zhì)上均有本質(zhì)區(qū)別。即使與氣體之間也有著明顯的差異。首先，氣體通常是不導(dǎo)電的，等離子體則是一種導(dǎo)電流體而又在整體上保持電中性。其二，組成粒子間的作用力不同，氣體分子間不存在凈電磁力，而等離子體中的帶電粒子間存在庫侖力，并由此導(dǎo)致帶電粒子群的種種特有的集體運動。第三，作為一個帶電粒子系，等離子體的運動行為明顯地會受到電磁場的影響和約束。需說明的是，并非任何電離氣體都是等離子體。只有當(dāng)電離度大到一定程度，使帶電粒子密度達(dá)到所產(chǎn)生的空間電荷足以限制其自身運動時，體系的性質(zhì)才會從量變到質(zhì)變，這樣的“電離氣體”才算轉(zhuǎn)變成等離子體。否則，體系中雖有少數(shù)粒子電離，仍不過是互不相關(guān)的各部分的簡單加合，而不具備作為物質(zhì)第四態(tài)的典型性質(zhì)和特征，仍屬于氣態(tài)。產(chǎn)生等離子體的常用方法和原理：產(chǎn)生等離子體的方法和途徑多種多樣，涉及許多微觀過程、物理效應(yīng)和實驗方法。其中，宇宙天體及地球上層大氣的電離層屬于自然界產(chǎn)生的等離子體。在等離子體化學(xué)領(lǐng)域中常用的產(chǎn)生等離子體的方法主要有以下幾種：1．氣體放電法：在電場作用下獲得加速動能的帶電粒子特別是電子與氣體分子碰撞使氣體電離，加之陰極二次電子發(fā)射等其他機(jī)制的作用，導(dǎo)致氣體擊穿放電形成等離子體。按所加的電場不同可分為直流放電、高頻放電、微波放電等。若按放電過程的特征劃分，則可分為電暈放電、輝光放電、電弧放電等。輝光放電等離子體屬于非平衡低溫等離子體，電弧放電等離子體屬于熱平衡高溫等離子體。就電離機(jī)制而言，電弧放電主要是藉弧電流加熱來使中性粒子碰撞電離，實質(zhì)上屬高溫?zé)犭婋x。目前，實驗室和生產(chǎn)上實際使用的等離子體絕大多數(shù)是用氣體放電法發(fā)生的，尤其是高頻放電用得最多。2．光電離法和激光輻射電離：藉入射光子的能量來使某物質(zhì)的分子電離以形成等離子體。條件是光子能量必須大于或等于該物質(zhì)的第一電離能，例如堿金屬銫的第一電離能最小，只需要用近紫外光源照射就可產(chǎn)生銫等離子體。激光輻射電離本質(zhì)上也屬光電離，但其電離機(jī)制和所得結(jié)果與普通的光電離法不大相同。不僅有單光子電離，還有多光子電離和級聯(lián)電離機(jī)制等。就多光子電離而言，是同時吸收許多個光子使某物質(zhì)的原子或分子電離的。例如紅寶石激光的波長為μm，單光子能量只有。對于氬原子來說，只吸收一個光子不可能產(chǎn)生電離，但同時吸收9個光子可實現(xiàn)電離。因此利用紅寶石激光器輻射氬氣完全可以產(chǎn)生氬等離子體，而用同樣波長的普通光照射則不可能得到氬等離子體。激光輻射法的另一特點是易于獲得高溫高密度等離子體。值得注意的是，近年來激光等離子體在化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用呈明顯上升趨勢，如激光等離子體化學(xué)沉積等。3．射線輻照法：用各種射線或者粒子束對氣體進(jìn)行輻照也能產(chǎn)生等離子體。例如用放射性同位素發(fā)出的α、β、γ射線，X射線管發(fā)出的X射線，經(jīng)加速器加速的電子束、離子束等。α粒子是氦核He2+，用α射線發(fā)生等離子體相當(dāng)于荷能離子使氣體分子碰撞電離。β射線是一束電子流，它引起的電離相當(dāng)于高速電子的碰撞電離。對γ射線、X射線來說，只需令射線能量UR=hv，顯然可視為光電離。至于電子束和離子束，也都是藉已經(jīng)加速的荷能粒子使氣體分子碰撞電離的，但由于粒子束的加速能量、流強(qiáng)、脈沖等特性可加以控制而顯示出許多優(yōu)點。4．燃燒法：這是一種人們早就熟悉的熱致電離法，借助熱運動動能足夠大的原子、分子間相互碰撞引起電離，產(chǎn)生的等離子體叫火焰等離子體。5．沖擊波法：是靠沖擊波在試樣氣體中通過時，試樣氣體受絕熱壓縮產(chǎn)生的高溫來產(chǎn)生等離子體的，實質(zhì)上也屬于熱致電離，