水在不同温度和压力条件下，可以呈现出固体（冰）、**、气体（水蒸气）的状态，这叫作物质的形态。所有的物质随温度和压力的变化，形态都会发生变化。

◎物质的形态和规则

固态物质的分子排列都很整齐，分子的位置和方向也有相应的规则，但变成液态时，规则消失，分子开始移动。但分子间的距离与固态时并无太大变化，因此物质液态时的体积和密度与固态时并无太大区别。

但物质变成气态时，分子间的距离变远，分子开始运动，就像飞机一样到处飞。速度与绝对温度的平方根成正比，与分子的相对分子质量平方根成反比。

25℃时几种气体分子的运动速度如下：氢分子的时速是6930千米，氧分子的时速是1700千米。客机的飞行时速为800～900千米，可以说分子的运动速度相当于客机的2～10倍。

◎气体的体积

到处乱飞的气体分子会产生相互碰撞，也会碰撞到墙壁和人。这种碰撞的冲击从我们的感觉来看就是压力。

图4-4　物质的形态变化

把气体装进气球中，气体会冲撞橡胶球壁，因此气球鼓起来了。但气球并不是因为过度膨胀而破裂的，而是因为气球的外部存在有空气这种气体，空气的分子在气球的外部挤压气球，迫使气球缩小而造成的。

当内部的扩张力和外部的压缩力（1个大气压）平衡时，气球的大小是稳定的，此时气球的体积就是内部气体的体积。由此可见，气体分子的体积占气体体积的比例非常小，大部分体积都是真空间隙。

◎相同分子数组成的气体，体积相同

就像铅笔的单位是“打”一样，分子也有单位，分子的单位是摩尔（mol）。1打是12个，1摩尔是6×1023个粒子，数量非常多。

1摩尔的分子重量约等于其相对分子质量（在相对分子质量后加单位克）。1摩尔的气体体积，与气体的种类无关，在1个大气压、温度0℃的条件下，为22.4升。

为什么气体的体积与气体的种类无关呢？让我们用水举例说明。水的相对分子质量是18，1摩尔水的体积是18毫升（0.018升）。这可以看作是与水分子实际体积相近的数据。

但将这些水蒸发成水蒸气后，在1个大气压、温度0℃的条件下，体积变成了22.4升。也就是说，水分子的实际体积（18毫升）占该气体体积的比例不过0.08%。水分子的实际体积几乎对气体的体积没有影响。因此才说“气体的体积与气体的种类无关”。

图4-5　1摩尔的物质