晶体的微观结构与其他物质的微观结构有什么不同吗?

民科小才女


这个问题涉及的知识范围,既有化学,又有物理,化学忘记差不多了。所以,以物理知识为主,查阅和复习一下化学知识点来回答这个问题。

固态物质分为晶体和非晶体。晶体是原子、离子或分子按照一定的周期性在空间排列形成的,呈一定规则的几何形状,如食盐晶体为立方体;晶体冰呈六角棱柱体;明矾呈八面体;石墨是层状结构等。

非晶体,是原子、离子或分子不按照一定的空间顺序排列的固体。玻璃、松香、沥青和橡胶就是常见的非晶体。  

晶体和非晶体的区别表现在以下几个方面。

1、几何形状。晶体是有规则的几何构型,都有自己独特的、对称性的形状。而非晶体的外形则是不规则的。主要是由于它们的微观结构不同,晶体的微粒是对称排列的,形成很规则的几何空间点阵。非晶体内部粒子无规则的均匀排列,没有哪个方向有特殊性。

2、有无固定的熔点。晶体有固定的熔化或凝固温度(熔点或凝固点)。因此,可以在资料上查阅到晶体的熔点或凝固点。如冰的熔点和凝固点为0℃。海波的熔点和凝固点为48℃。金的熔点和凝固点为1064℃。钢的熔点和凝固点为1515℃。铁的熔点和凝固点为1535℃。钨的熔点和凝固点为3410℃,是熔点最高的晶体。而铅的熔点和凝固点只有328℃。同种晶体的熔点和凝固点是相同的。而非晶体则是随温度的升高逐渐由硬变软至熔化,无固定的熔化温度。

由于原子排列疏密不同,粒子间距离不同,当晶体从外界吸收热量时,其内部粒子的平均动能增大,温度也开始升高,但空间点阵并没有破坏,仍保持有规则排列。当吸热达到一定的温度(熔点)时,粒子运动加剧,破坏了其规则排列,空间点阵就开始解体,晶体开始变成液体。由于吸收的热量是用来破坏晶体的空间点阵,因此,固液混合物的温度不变。晶体熔化结束后,继续从外界吸热,温度才开始升高。

而非晶体由于粒子的排列不规则,吸热全部用来提高平均动能,不需要破坏其空间点阵,所以,在熔化过程中,温度一直是升高的,由硬变软,最后变成液体。

3、晶体和非晶体在熔化过程中所处的状态不一样。晶体熔化过程温度不变,呈固液共存状态。而非晶体一直处于变软的固体状态。

4、各向异性。晶体在不同方向上有不同的物理性质,如机械强度、热膨胀等,称为各向异性。而非晶体的物理性质却表现为各向同性。晶体内部粒子有规则的排列,使晶体在各方上向有不同的物理性质,如果外力沿某个方向作用,晶体就很容易滑动(变形),且不易恢复原状。而其它方向则弹性限度较大,能承受较大的压力或拉力。非晶体没有这种性质。

组成晶体点阵的各个原子之间,都存在相互作用,主要是静电力。对于每个原子来说,其他原子对它的合力作用,使它处于势能最低的状态,因此很稳定。

晶体和非晶体有怎样的关系呢?以石墨和金刚石为例,上述说的晶体准确地说是单晶体,内部粒子都是按照周期性排列的。其实,早在十九世纪中叶科学家就提出来这样一个设想,但直到一九二一年,用X射线对晶体进行研究,才正式提出这一假设。现在,我们依靠空中点阵来描述晶体结构。

图中的点有的代表钠离子,有的代表氯离子。这样的空中点阵就反映了晶体中粒子的排布。不过,这些粒子并不是呆着不动的,他们其实在不停的振动。晶体温度越高,振动越剧烈,图中画出的这些点是振动的平衡位置。这就很好的反应了晶体中粒子排列的周期性规律。

当然,不同晶体的空间点阵肯定也不同,例如石墨和金刚石的空间点阵都是由碳组成。金刚石中的碳原子排列(图),使原子之间的作用力极强,所以,金刚石的硬度极高,可以用来切割玻璃,但石墨是层状结构,二层之间距离较大,作用力较小,很容易被一层层的剥离下来(易产生滑动),所以说石墨质地松软,可以用来制作粉状润滑剂。

从这二个例子,我们可以看出同种物质的粒子有可能形成不同的空间点阵,构成不同种类的晶体。

同种物质还可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现。例如天然水晶是晶体,把它熔化后再重新凝固的水晶,就是石英玻璃,属于非晶体了。看来,晶体可以在一定条件下转化非晶体,反之,亦然。所以说,物质到底是晶体还是非晶体并不是绝对的。

物质还有一种状态,那就是液晶。某些物质在熔融状态或被溶剂溶解之后,尽管失去固态物质的刚性,却获得了液体的流动性,形成一种兼有晶体和液体部分性质的中间态,称为液晶。

液晶是一种介于普通液体与三维固体之间的状态,液晶可分为热致液晶、溶致液晶。热致液晶是指由单一化合物或由少数化合物的均匀混合物形成的液晶。溶致液晶是一种包含溶剂化合物在内的两种或多种化合物形成的液晶。液晶的物理性质非常复杂。液晶在材料科学中扮演重要的角色,主要用在显示器方面。


理性科普者


自然界的固态物质分为晶体和非晶体两大类。固态的金属与合金都是晶体,金刚石,石英,水晶石也是晶体。而象玻璃,松香,蜂蜡,塑料,橡胶都属于非晶体物质。

晶体和非晶体的本质差别是,晶体的原子,离子,分子等质点是一种规律的排列结合,(長程序)而非晶体的这些质点虽然与其相近,基本上都是无规律的堆积在一起。(短程序)如硬度最硬的金刚石,就是由非金属的碳原子通过共价键而结合为金刚石。每餐必用的食盐,正是由金属钠离子和非金属的氯离子结合为氯化钠。而杀虫灭菌的硫磺,先由硫原子结合成分子,分子再通过分子间键或范得华力而结合成晶体。


山水1320


组成晶体的分子、原子,微观上排列是有序的;组成非晶体的分子、原子,微观上排列是无序的。晶体与非晶体在宏观上有一点明显的不同,就是溶化过程!晶体在吸热溶化过程中,是一部分、一部分逐渐溶化的,如冰溶化成水的过程!而非晶体的溶化过程,是先变软再溶化的,如:玻璃、塑料。


香烟飘渺35


晶体微观结构和其它微观物质结构,好象高中有敎科书,但除了书上写的我个人还有其它的理解,在成熟后在述。


茶馆85418


这个问题的课在自然与人工的,都是纯度与环境温度、密度、压力的要求不同在,按热冷得关系的物质材料出晶体的主要过程,不纯埙!谢谢老师的这个问题的课!


分享到:


相關文章: