如何判斷晶體和非晶體?
如何判斷晶體和非晶體?
什么是晶體?晶體就是晶瑩閃亮的物體嗎?如果說下列物質中,只有一種是晶體,那么在“玻璃、珍珠和冰雪”中,你選擇哪一個?如果答案是“冰雪”,你會奇怪嗎?
說到晶體,還得從結晶談起。大家知道,所有物質都是由原子或分子構成的。眾所周知,物質有三種聚集形態:氣體、液體和固體。但是,你知道根據其內部構造特點,固體又可分為幾類嗎?研究表明,固體可分為晶體、非晶體和準晶體三大類。
晶體通常呈現規則的幾何形狀,就像有人特意加工出來的一樣。其內部原子的排列十分規整嚴格,比士兵的方陣還要整齊得多。如果把晶體中任意一個原子沿某一方向平移一定距離,必能找到一個同樣的原子。而玻璃、珍珠、瀝青、塑料等非晶體,內部原子的排列則是雜亂無章的。準晶體是最近發現的一類新物質,其內部排列既不同于晶體,也不同于非晶體。
究竟什么樣的物質才能算作晶體呢?首先,除液晶外,晶體一般是固體形態 。其次,組成物質的原子、分子或離子具有規律、周期性的排列,這樣的物質就是晶體。
但僅從外觀上,用肉眼很難區分晶體、非晶體與準晶體。那么,如何才能快速鑒定出它們呢?一種最常用的技術是X光技術。用X光對固體進行結構分析,你很快就會發現,晶體和非晶體、準晶體是截然不同的三類固體。
為了描述晶體的結構,我們把構成晶體的原子當成一個點,再用假想的線段將這些代表原子的各點連接起來,就繪成了像圖中所表示的格架式空間結構。這種用來描述原子在晶體中排列的幾何空間格架,稱為晶格。由于晶體中原子的排列是有規律的,可以從晶格中拿出一個完全能夠表達晶格結構的最小單元,這個最小單元就叫作晶胞。許多取向相同的晶胞組成晶粒,由取向不同的晶粒組成的物體,叫做多晶體,而單晶體內所有的晶胞取向完全一致,常見的單晶如單晶硅、單晶石英。大家最常見到的一般是多晶體。
由于物質內部原子排列的明顯差異,導致了晶體與非晶體物理化學性質的巨大差異。例如,晶體有固定的熔點,當溫度高到某一溫度便立即熔化;而玻璃及其它非晶體則沒有固定的熔點,從軟化到熔化是一個較大的溫度范圍。
我們吃的鹽是氯化鈉的結晶,味精是谷氨酸鈉的結晶,冬天窗戶玻璃上的冰花和天上飄下的雪花,是水的結晶。我們可以這樣說:“熠熠閃光的不一定是晶體,樸實無華、不能閃光的未必就不是晶體”。不是嗎?每家廚房中常見的砂糖、堿是晶體,每個人身上的牙齒、骨骼是晶體,工業中的礦物巖石是晶體,日常見到的各種金屬及合金制品也屬晶體,就連地上的泥土砂石都是晶體。我們身邊的固體物質中,除了常被我們誤以為是晶體的玻璃、松香、琥珀、珍珠等之外,幾乎都是晶體。晶體離我們并不遙遠,它就在我們的日常生活中。
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