最后更新: 2024-01-09 08:20 查看: 191 次反馈刷题

固体

晶体和非晶体

固体可以分为晶体和非晶体两类。
石英、云母、明砜、食盐、硫酸铜、味精等是晶体。雪花是水蒸气凝华时形成的晶体, 它们都具有相似的几何形状, 即图案中都有六个角 (图2.4-1)。食盐晶体是正六面体形, 明砜晶体总是八面体形, 天然石英晶体 (俗称水晶) 的中间是一个六棱柱, 两端是六棱雉 (图 2.4-2)。晶体有天然的、规则的几何形状 (图2.4-3)。

玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等是非晶体。非晶体没有规则的外形。
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除了形状是否规则外，晶体和非晶体在物理性质上也 有所不同。我们在初中已经学过，晶体具有确定的熔点， 非晶体没有确定的熔化温度，这就是区别之一。此外，其 他物理性质也有差异。

从实验结果可以看出, 玻璃片上石蜡熔化区域的形状近似于圆形，表明玻璃沿各个方向的导热性能相同; 云母片上石蜡熔化区域的形状呈椭圆形，表明云母沿不同方向的导热性能不同。还有些晶体沿不同方向的导电性能不同;而有些晶体沿不同方向的光学性质不同, 这类现象叫作各向异性 (anisotropy)。如图 2.4-6, 方解石晶体是各向异性的晶体, 它能把光分解为两束光而沿不同方向折射, 形成双折射现象。非晶体沿各个方向的物理性质都是一样的,这叫作各向同性 (isotropy)。

为什么晶体的形状和物理性质会与非晶体不同?
人们认为很可能是它们的微观结构不一样。从 17 世纪到 19 世纪, 陆续出现了一些假说, 某一种假说认为各种晶体内部的微粒是按各自的规则排列着的, 但是, 由于当时检测技术的限制, 缺少实验证据, 所以, 这些想法只能是假说。

到了 20 世纪初, 通过 $X$ 射线在晶体上衍射的实验, 这种假说才得到证实。在 20 世纪 70 年代, 人们又用电子显微镜观察到了铀、钍原子的像。1982 年, 人们用扫描隧道显微镜观察到物质表面原子的排列。

在各种晶体中, 原子 (或分子、离子) 都是按照一定的规则排列的, 具有空间上的周期性。图 2.4-8 是食盐晶体中氯离子和钠离子分布的示意图。

有的物质在不同条件下能够生成不同的晶体。那是因为组成它们的微粒能够按照不同规则在空间分布。例如, 碳原子如果按图 2.4-9那样排列, 就成为石墨, 而按图 2.4-10 那样排列, 就成为金刚石。石墨是层状结构,层与层之间距离较大, 原子间的作用力比较弱, 所以, 石墨质地松软, 可以用来制作粉状润滑剂; 金刚石中碳原子间的作用力很强, 所以, 金刚石有很大的硬度, 可以用来切割玻璃。

原子 (或者分子、离子) 并不是静止不动的。它们在不停地振动, 图中所画的那些点, 是它们振动的平衡位置。
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