固体

本片编创人员

刘林、李昳、牛浩

物质是有分子组成的，由于分子间的作用力和分子运动，决定了分子三种不同的凝聚状态：固态、液态和气态。物质处于不同的状态时，具有不同的物理性质。

本章我们将讨论固体、液体的物理性质以及物态变化规律。

固体，可分为晶体和非晶体。例如石英、食盐、明矾、云母、硫酸铜、蔗糖等都是晶体；天然石英晶体形状中间是六棱柱，顶端是六棱锥；而食盐晶体总是立方体形状、明矾晶体总是八面体形。

另外一些物质，玻璃、蜂蜡、松香、沥青等是非晶体，它们没有固定的几何形状。

除形状是否规则外，两类固体在物理性质上有很大的不同，在一定的压强下，前一类固体熔化过程中，存在一个固液共存、温度保持不变的确定熔点，后一类则在变软过程中没有固定的熔点。

因此，有确定的熔点是晶体的一种基本属性。

另外，对于晶体蔗糖，在超市中你会看到有单晶冰糖和多晶冰糖两种，多晶冰糖是有许多单个冰糖晶粒粘连组合在一起，单个晶体颗粒叫做单晶体，组合在一起的叫做多晶体。由于多晶体是有许多个单晶体杂乱无章的组合而成，所以多晶体也没有确定的几何形状。常见的金属是多晶体，利用金相显微镜可以看到金属例如铝合金的晶粒结构。

进一步研究表明，单晶体沿不同方向在某一方面的物理性质往往不同，这类现象称为各向异性；而非晶体沿各个方向的物理性质都是一样的，称为各向同性；由于多晶体是许多单晶体杂乱无章的组合而成，所以多晶体也是各向同性的。

为什么晶体的形状和物理性质会与非晶体不同呢？

人们认为很可能是它们的微观结构不一样，这种猜想直到年，被英国物理学家布拉格父子所证实，父子俩借助X射线分析晶体的结构，并成功的测定了碱金属卤化物晶体有序结构，由此父子俩同获年诺贝尔物理学奖，当时小布拉格仅有25岁，是至今为止最年轻的诺贝尔物理学奖获奖者。

现在我们知道，在各种晶体中，原子或分子、离子都是按照一定规则排列的，具有空间上的周期性。

有些物质在不同条件下能够形成不同的晶体结构，那是因为组成它们的粒子能够按照不同的规则在空间分布。例如碳原子若是排列成层间距离较大、作用力较弱的层状结构，就是石墨；若是排列成坚固的正四面体立方结构，就是金刚石。

当然，组成晶体的粒子不是静止不动的，它们在各自的位置上不停的振动，我们画出的是它们的平衡位置而已。

同样，同种物质也可能以晶体或非晶体两种不同形态出现，也就是说物质是晶体还是非晶体并不是绝对的，例如天然水晶和人造玻璃成分相同，但分属晶体和非晶体。两者之间也可以相互转化。

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