中學(xué)生物理小常識：晶體和非晶體

固態(tài)物質(zhì)分為晶體和非晶體。從宏觀上看，晶體都有自己獨(dú)特的、呈對稱性的形狀，如食鹽呈立方體;冰呈六角棱柱體;明礬呈八面體等。而非晶體的外形則是不規(guī)則的。晶體在不同的方向上有不同的物理性質(zhì)，如機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)熱性、熱膨脹、導(dǎo)電性等，稱為各向異性。而非晶體的物理性質(zhì)卻表現(xiàn)為各向同性。晶體有固定的熔化溫度—熔點(diǎn)(或凝固點(diǎn))，而非晶體則是隨溫度的升高逐漸由硬變軟，而熔化。

　　晶體和非晶體所以含有不同的物理性質(zhì)，主要是由于它的微觀結(jié)構(gòu)不同。組成晶體的微粒──原子是對稱排列的，形成很規(guī)則的幾何空間點(diǎn)陣?？臻g點(diǎn)陣排列成不同的形狀，就在宏觀上呈現(xiàn)為晶體不同的獨(dú)特幾何形狀。組成點(diǎn)陣的各個(gè)原子之間，都相互作用著，它們的作用主要是靜電力。對每一個(gè)原子來說，其他原子對它作用的總效果，使它們都處在勢能最低的狀態(tài)，因此很穩(wěn)定，宏觀上就表現(xiàn)為形狀固定，且不易改變。晶體內(nèi)部原子有規(guī)則的排列，引起了晶體各向不同的物理性質(zhì)。例如原子的規(guī)則排列可以使晶體內(nèi)部出現(xiàn)若干個(gè)晶面，立方體的食鹽就有三組與其邊面平行的平面。如果外力沿平行晶面的方向作用，則晶體就很容易滑動(變形)，這種變形還不易恢復(fù)，稱為晶體的范性。從這里可以看出沿晶面的方向，其彈性限度小，只要稍加力，就超出了其彈性限度，使其不能復(fù)原;而沿其他方向則彈性限度很大，能承受較大的壓力、拉力而仍滿足虎克定律。當(dāng)晶體吸收熱量時(shí)，由于不同方向原子排列疏密不同，間距不同，吸收的熱量多少也不同，于是表現(xiàn)為有不同的傳熱系數(shù)和膨脹系數(shù)。

　　非晶體的內(nèi)部組成是原子無規(guī)則的均勻排列，沒有一個(gè)方向比另一個(gè)方向特殊，如同液體內(nèi)的分子排列一樣，形不成空間點(diǎn)陣，故表現(xiàn)為各向同性。

　　當(dāng)晶體從外界吸收熱量時(shí)，其內(nèi)部分子、原子的平均動能增大，溫度也開始升高，但并不破壞其空間點(diǎn)陣，仍保持有規(guī)則排列。繼續(xù)吸熱達(dá)到一定的溫度──熔點(diǎn)時(shí)，其分子、原子運(yùn)動的劇烈程度可以破壞其有規(guī)則的排列，空間點(diǎn)陣也開始解體，于是晶體開始變成液體。在晶體從固體向液體的轉(zhuǎn)化過程中，吸收的熱量用來一部分一部分地破壞晶體的空間點(diǎn)陣，所以固液混合物的溫度并不升高。當(dāng)晶體完全熔化后，隨著從外界吸收熱量，溫度又開始升高。而非晶體由于分子、原子的排列不規(guī)則，吸收熱量后不需要破壞其空間點(diǎn)陣，只用來提高平均動能，所以當(dāng)從外界吸收熱量時(shí)，便由硬變軟，最后變成液體。玻璃、松香、瀝青和橡膠就是常見的非晶體。

　　多數(shù)的固體晶體屬于多晶體(也叫復(fù)晶體)，它是由單晶體組成的。這種組成方式是無規(guī)則的，每個(gè)單晶體的取向不同。雖然每個(gè)單晶體仍保持原來的特性，但多晶體除有固定的熔點(diǎn)外，其他宏觀物理特性就不再存在。這是因?yàn)榻M成多晶體的單晶體仍保持著分子、原子有規(guī)則的排列，溫度達(dá)不到熔解溫度時(shí)不會破壞其空間點(diǎn)陣，故仍存在熔解溫度。而其他方面的宏觀性質(zhì)，則因?yàn)槎嗑w是由大量單晶體無規(guī)則排列成的，單晶體各方向上的特性平均后，沒有一個(gè)方向比另一個(gè)方向上更占優(yōu)勢，故成為各向同性。各種金屬就屬于多晶體。它們沒有固定的獨(dú)特形狀，表現(xiàn)為各向同性。