晶體的微觀結構與其他物質的微觀結構有什麼不同嗎?

民科小才女


這個問題涉及的知識範圍,既有化學,又有物理,化學忘記差不多了。所以,以物理知識為主,查閱和複習一下化學知識點來回答這個問題。

固態物質分為晶體和非晶體。晶體是原子、離子或分子按照一定的週期性在空間排列形成的,呈一定規則的幾何形狀,如食鹽晶體為立方體;晶體冰呈六角稜柱體;明礬呈八面體;石墨是層狀結構等。

非晶體,是原子、離子或分子不按照一定的空間順序排列的固體。玻璃、松香、瀝青和橡膠就是常見的非晶體。  

晶體和非晶體的區別表現在以下幾個方面。

1、幾何形狀。晶體是有規則的幾何構型,都有自己獨特的、對稱性的形狀。而非晶體的外形則是不規則的。主要是由於它們的微觀結構不同,晶體的微粒是對稱排列的,形成很規則的幾何空間點陣。非晶體內部粒子無規則的均勻排列,沒有哪個方向有特殊性。

2、有無固定的熔點。晶體有固定的熔化或凝固溫度(熔點或凝固點)。因此,可以在資料上查閱到晶體的熔點或凝固點。如冰的熔點和凝固點為0℃。海波的熔點和凝固點為48℃。金的熔點和凝固點為1064℃。鋼的熔點和凝固點為1515℃。鐵的熔點和凝固點為1535℃。鎢的熔點和凝固點為3410℃,是熔點最高的晶體。而鉛的熔點和凝固點只有328℃。同種晶體的熔點和凝固點是相同的。而非晶體則是隨溫度的升高逐漸由硬變軟至熔化,無固定的熔化溫度。

由於原子排列疏密不同,粒子間距離不同,當晶體從外界吸收熱量時,其內部粒子的平均動能增大,溫度也開始升高,但空間點陣並沒有破壞,仍保持有規則排列。當吸熱達到一定的溫度(熔點)時,粒子運動加劇,破壞了其規則排列,空間點陣就開始解體,晶體開始變成液體。由於吸收的熱量是用來破壞晶體的空間點陣,因此,固液混合物的溫度不變。晶體熔化結束後,繼續從外界吸熱,溫度才開始升高。

而非晶體由於粒子的排列不規則,吸熱全部用來提高平均動能,不需要破壞其空間點陣,所以,在熔化過程中,溫度一直是升高的,由硬變軟,最後變成液體。

3、晶體和非晶體在熔化過程中所處的狀態不一樣。晶體熔化過程溫度不變,呈固液共存狀態。而非晶體一直處於變軟的固體狀態。

4、各向異性。晶體在不同方向上有不同的物理性質,如機械強度、熱膨脹等,稱為各向異性。而非晶體的物理性質卻表現為各向同性。晶體內部粒子有規則的排列,使晶體在各方上向有不同的物理性質,如果外力沿某個方向作用,晶體就很容易滑動(變形),且不易恢復原狀。而其它方向則彈性限度較大,能承受較大的壓力或拉力。非晶體沒有這種性質。

組成晶體點陣的各個原子之間,都存在相互作用,主要是靜電力。對於每個原子來說,其他原子對它的合力作用,使它處於勢能最低的狀態,因此很穩定。

晶體和非晶體有怎樣的關係呢?以石墨和金剛石為例,上述說的晶體準確地說是單晶體,內部粒子都是按照週期性排列的。其實,早在十九世紀中葉科學家就提出來這樣一個設想,但直到一九二一年,用X射線對晶體進行研究,才正式提出這一假設。現在,我們依靠空中點陣來描述晶體結構。

圖中的點有的代表鈉離子,有的代表氯離子。這樣的空中點陣就反映了晶體中粒子的排布。不過,這些粒子並不是待著不動的,他們其實在不停的振動。晶體溫度越高,振動越劇烈,圖中畫出的這些點是振動的平衡位置。這就很好的反應了晶體中粒子排列的週期性規律。

當然,不同晶體的空間點陣肯定也不同,例如石墨和金剛石的空間點陣都是由碳組成。金剛石中的碳原子排列(圖),使原子之間的作用力極強,所以,金剛石的硬度極高,可以用來切割玻璃,但石墨是層狀結構,二層之間距離較大,作用力較小,很容易被一層層的剝離下來(易產生滑動),所以說石墨質地鬆軟,可以用來製作粉狀潤滑劑。

從這二個例子,我們可以看出同種物質的粒子有可能形成不同的空間點陣,構成不同種類的晶體。

同種物質還可能以晶體和非晶體兩種不同的形態出現。例如天然水晶是晶體,把它熔化後再重新凝固的水晶,就是石英玻璃,屬於非晶體了。看來,晶體可以在一定條件下轉化非晶體,反之,亦然。所以說,物質到底是晶體還是非晶體並不是絕對的。

物質還有一種狀態,那就是液晶。某些物質在熔融狀態或被溶劑溶解之後,儘管失去固態物質的剛性,卻獲得了液體的流動性,形成一種兼有晶體和液體部分性質的中間態,稱為液晶。

液晶是一種介於普通液體與三維固體之間的狀態,液晶可分為熱致液晶、溶致液晶。熱致液晶是指由單一化合物或由少數化合物的均勻混合物形成的液晶。溶致液晶是一種包含溶劑化合物在內的兩種或多種化合物形成的液晶。液晶的物理性質非常複雜。液晶在材料科學中扮演重要的角色,主要用在顯示器方面。


理性科普者


自然界的固態物質分為晶體和非晶體兩大類。固態的金屬與合金都是晶體,金剛石,石英,水晶石也是晶體。而象玻璃,松香,蜂蠟,塑料,橡膠都屬於非晶體物質。

晶體和非晶體的本質差別是,晶體的原子,離子,分子等質點是一種規律的排列結合,(長程序)而非晶體的這些質點雖然與其相近,基本上都是無規律的堆積在一起。(短程序)如硬度最硬的金剛石,就是由非金屬的碳原子通過共價鍵而結合為金剛石。每餐必用的食鹽,正是由金屬鈉離子和非金屬的氯離子結合為氯化鈉。而殺蟲滅菌的硫磺,先由硫原子結合成分子,分子再通過分子間鍵或範得華力而結合成晶體。


山水1320


組成晶體的分子、原子,微觀上排列是有序的;組成非晶體的分子、原子,微觀上排列是無序的。晶體與非晶體在宏觀上有一點明顯的不同,就是溶化過程!晶體在吸熱溶化過程中,是一部分、一部分逐漸溶化的,如冰溶化成水的過程!而非晶體的溶化過程,是先變軟再溶化的,如:玻璃、塑料。


香菸飄渺35


晶體微觀結構和其它微觀物質結構,好象高中有敎科書,但除了書上寫的我個人還有其它的理解,在成熟後在述。


茶館85418


這個問題的課在自然與人工的,都是純度與環境溫度、密度、壓力的要求不同在,按熱冷得關係的物質材料出晶體的主要過程,不純壎!謝謝老師的這個問題的課!


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