第一部分:初中部分
1、物质三态结构的差别
物质三态中，气体既没有一定的体积，也没有一定的形状；液体有一定的体积，但没有一定的形状；固体既有一定的体积，又有一定的形状。为什么是这样的规律呢？关键在于结构的不同，我们有了固体结构的指示，就不难理解三态结构的差别。
固体分晶体和非晶体；在晶体中各粒子按照一定的对称性，沿着空间点阵的结点规则排列；在非晶体中，与一已知粒子靠的最近的那些粒子，才近似规则排列，离开这一已知粒子越远，其余粒子对该粒子的排列秩序越来越被破坏，以至在相当大的范围内各粒子实际上是不规则排列着。由于固体有这样的结构，就使它具有一定的体积和形状。
固体中每一粒子都在一定的平衡位置附近振动。从非晶体的结构可以理解液体结构，液体结构和非晶体结构相似，区别在于：固体中的平衡位置长时间保持不变，而液体中的平衡位置则随时发生变化。由于液体结构的这个特点，就使液体具有流动性，而流动性导致液体没有一定的形状。另一方面就像非晶体具有一定的体积那样，由于液体结构和非晶体结构的相似，也应有一定的体积。至于气体的结构则是完全无规则，由于气体的分子随时变化为止，因而使气体既没有一定的体积，也没有一定的形状。
2、物质可分割性的理解
任何物质，不论处在什么状态（固态、液态或气态），都可以分割成极小的微粒，这种性质叫做物质的可分割性。
人们从日常生活中会举出很多例子来说明气态或液态的可分割性，但由于肉眼看到的固体是连续刚体，人们顶多能设想固体是由实心的 “ 基石 ” 相机模样堆砌起来的，因而很不容易形成固体可分割性的概念。固体物理告诉我们，晶体结构的特点可用空间点阵来概括。所谓空间点阵，是在周期性规则排列的点子的集合，在每个点子上附有一群原子，这样一个原子群称作基元，基元在空间重复，就形成晶体结构。这样，我们从空间点阵的概念就知道固体也是由微粒（分子、原子等）按一定规则排列的，并不是连续的。
我们又知道，在任何物质中，分子间都有空隙存在，这是物质微粒性的必然结果。分子间有空隙，气体分子看得最明显，液体也可以举出一些例子，但对于固体则不能直观地看到。我们有了空间点阵的概念，空隙的存在就是很自然的；固体物理还具有计算了一些固体结构的原子致密度，原子致密度等于原胞中原子所占体积与原胞体积之比值，发现没有一种固体的原子致密度为１，这就具体的说明了固体中空隙的存在。
3 、熔解热的本质
物质从固态变成液态叫做熔解。晶体在熔解过程中，虽然继续加热，但温度不变，直到完全熔解后温度才继续上升。
晶体熔解所以具有这样的特点，是由它的结构决定的，正如在上面谈到，警惕的规则排列在相当大的范围内保持不变，叫做长程有序，非晶体的规则排列局限于原子间距范围，叫做短程有序。我们又知道液体结构与非晶体结构相似，要使晶体结构变成液体结构，就要破坏长程序，变成短程序。而破坏长程序就要改变粒子间距离，加热的能量就用来克服离子间的引力作功，不是用来增加粒子的动能。我们知道温度是分子平均动能的标志，既然加热不是动能变化，所以温度就不能上升。这就是说晶体长程序解体的过程就使熔解的过程，熔解热就是用来破坏长程序所作的功。
4 、分子间作用力的理解
我们知道，组成物体的微粒间存在着相互作用力，并包含有引力和斥力。那么分子间的作用力是怎样引起的呢？中学物理说，分子间作用力是用带正电的原子核于带负电的点子间作用力和运动引起的，这样的说法不能说明固体结合形式的多样性。
固体微粒间的引力归因于电子的负电荷同原子核的正电荷之间的经典作用，但存在多种结合类型，一般有五种：
在离子晶体中，含有正负离子，离子间的引力是正离子和负离子之间的库仑引力。人们将离子晶体的这种作用力称作离子键。
在原子晶体中，相邻原子共用一对电子，这一对原子的负电荷同两个原子核的正电荷间的库仑力就是原子晶体的原子间引力，称作共价键。
在金属中，大量外层电子挣脱原子核束缚成为自由电子，形成电子云，金属中的引力是电子云同正离子间的库仑引力，称作金属键。
在分子晶体中，存在着正电荷重心和负电荷重心不重合的极性分子，如同一个电偶极矩；也有正负电荷重心重合的非极性分子，如同氢原子在任何时刻都有一个偶极矩一样，非极性分子也会有瞬时偶极矩。分子晶体中的引力正是感生的偶极矩同偶极矩间的库仑作用，称作范德瓦尔斯键。
在氢键晶体中，氢原子核同负电性较大的两个离子（它们容易接受电子而呈现负电荷）相结合，一般以
Ｘ－Ｈ···Ｙ表示，Ｈ同Ｘ以共价键结合，因Ｘ负电性大，配对电子趋向Ｘ，使Ｈ显正电，Ｙ也是负电性大，显负电，则Ｈ和Ｙ间以静电库仑引力相结合，人们称Ｈ···Ｙ间的作用力为氢键，如冰[-H2O-]，固态氟化氢[-HF-]。
由上所述，只有懂得了几种固体结合类型的作用力，才能深入理解 “ 分子间作用力是由电子和原子核的作用和运动引起的 ” 这句话的含意。
5 、物体的内能与热能、结合能
一个非常普遍的情况是，能量时常贮存在各种形式中，这些形式不表现为可见的整体运动的动能，内能就是这样的一种能量。怎样解释内能呢 ? 物体含有的所有分子的动能和势能的总和叫物体的内能。
谈到内能包含分子动能，一般是容易理解的，因为温度是分子运动的动能的量度，而温度宏观上是可以感觉到的。但谈到内能包含分子势能就往往不易理解，这是因为一提到势能就很容易想到的是机械能，但分子间的势能不是机械势能，而是由电子的负电荷同原子核的正电荷引起的静电势能，这种静电势能与机械势能有本质的不同，但有共同的特点，这就是势能与分子间相对位置有关。
（１）内能和结合能的关系
结合能的定义为自由原子时的总能量和晶体能量之差，晶体能量就是晶体结合的内能。若以原子在自由状态时的能量为计算内能的标准，即令自由原子总能量为零，则结合能等于相互作用势能的反号，也就是说结合能在数值上等于内能，这是在绝对零度的情况下，分子动能可以忽略。所以固体物理结合能的计算实际上就是计算相互作用势能，也就是计算绝对零度是的内能。
（２）内能和热能的关系
高中物理在叙述能量守恒的时候说，焦耳关于热功当量的研究表明，消耗一定量的机械能，总是得到等量的内能。这里内能和热能似乎是一样的。高中物理上又提到，所谓热能，只不过是内能的通俗不甚确切的说法。这里内能和热能似乎是不一样的。那么内能和热能究竟是什么关系呢？
热能是物体中大量的做无规则运动的分子具有的动能，所以内能中的动能是热能，但内能中的势能不是热能。例如离子晶体中，相互作用势能主要是正负离子间库仑作用的总和，显然这种互相作用的势能不是热能。只有当物体状态改变，引起分子间距改变，导致分子势能的改变，而这个势能的变化又以 “ 潜热 ” 的形式表现出来时，这部分势能才和热能相联系。例如固体熔解时吸收的熔解热就是潜热，它用来改变分子间距，如果势能不变，势能就不以潜热形式表现出来，所以势能不是热能。内能和热能也不是一样的概念，如果还用热能表述内能时，热能只能是通俗的不甚确切的说法。
6 、扩散现象的理解
什么是扩散？有一种说法是： “ 两种不同物质相互接触时自发地相互掺混的现象叫扩散 ” 。学习了固体物理后会懂得这样的扩散概念较狭窄，实际上在一种物质中同样有扩散现象，以掺混得相当均匀的两种物质在接触时不发生扩散。
扩散是一种热运动引起的原子迁移现象，它在任何物质中，不管其聚集态怎样，都会观察到。若原子分布的不均匀，存在浓度差，就会产生使浓度趋于均匀的定向迁移运动，这就是扩散。若从微观来看，扩散现象实际上是一种原子的布朗运动。从上述扩散概念出发，就很容易解释两种物质接触时的掺混现象：对一种物质来说，另一种物质所占空间里浓度为零，存在浓度差，因而发生扩散相互掺混，但由于扩散速度的限制，掺混现象主要发生在表面接触层。
7 、水在4°C时密度最大的原因
在日常生活中，我们经常碰到水的反常膨胀现象。例如比较深的池塘、湖泊里的水表面再冬天会冻结，而底部不会冻结，就是水反常膨胀的结果。
水反常膨胀的特点是，当水从０℃加热到４℃时，它的体积不但不会增大反而会减小，当水的温度高于４℃时，它的体积才会随着温度的升高而增大，这是为什么呢？爱动脑筋的学生总会提出这个问题。利用固体物理中讨论的氢键概念，可以定性的解释这个问题。
形成氢键是由于氢的特点。一个中性氢原子通常只和一个另外的原子形成共价键，但在一定的条件下，氢原子可以和两个负电性大的原子结合，负电性大的原子接受电子的能力强；对于水分子，两个氢原子和一个氧原子分别形成共价键，但由于氧的负电性大，配对的电子更多地趋向氧原子，使氧原子显负电性，氢原子显正电性，这样一来，一个水分子中的氢就和另一个水分子中的氧以氢键结合起来。氢键是弱键，所以容易被热运动破坏，氢键又具有方向性和饱和性。
现在我们以氢键的存在解释水的反常膨胀。Ｈ２Ｏ分子呈Ｖ性结构，两个Ｏ－Ｈ键间形成104.5度 的夹角。接近沸点的水主要以单分子状态存在，这是因为高温下热运动完全破坏了氢键，随着温度的降低，热运动减少，分子间距变小，体积缩小；温度再降低，一方面由于热运动的减小，分子间距进一步变小，另方面热运动减弱，氢键开始起作用，水分子由单分子开始结合成复杂的分子(H２O)n，其中(H２O)2 居多；
由于(H２O)2 这样的双聚分子，其分子间排列比较紧密，因而体积更缩小，直到温度降至４℃时，主要以双聚分子存在，因而有最小的体积；温度继续降低时，热运动更弱，氢键将水分子连接成(H２O)n的大分子，但由于氢键的方向性和饱和性的特点，分子排列反而不紧密，所以４℃以下岁随温度下降体积反而增大，直到 0 ℃，全部分子结合成冰晶体。在冰的结构中，每个氧原子和四个氧原子联结成四面体，四面体中心的氧和顶角的氧之间的连线上有氢原子，这样一来，每个氧原子周围有四个氢原子，其中两个形成共价键，另两个是氢键。这样的结构具有较大的空隙，因而有较大的体积和较小的密度，这就是水的反常膨胀现象。 |
