晶体与非晶体的性质

eric_wxl

固态物质分为晶体和非晶体。从宏观上看，晶体都有自己独特的、呈对称性的形状，如食盐呈立方体；冰呈六角棱柱体；明矾呈八面体等。而非晶体的外形则是不规则的。晶体在不同的方向上有不同的物理性质，如机械强度、导热性、热膨胀、导电性等，称为各向异性。而非晶体的物理性质却表现为各向同性。晶体有固定的熔化温度—熔点（或凝固点），而非晶体则是随温度的升高逐渐由硬变软，而熔化。

晶体和非晶体所以含有不同的物理性质，主要是由于它的微观结构不同。组成晶体的微粒——原子是对称排列的，形成很规则的几何空间点阵。空间点阵排列成不同的形状，就在宏观上呈现为晶体不同的独特几何形状。组成点阵的各个原子之间，都相互作用着，它们的作用主要是静电力。对每一个原子来说，其他原子对它作用的总效果，使它们都处在势能最低的状态，因此很稳定，宏观上就表现为形状固定，且不易改变。晶体内部原子有规则的排列，引起了晶体各向不同的物理性质。例如原子的规则排列可以使晶体内部出现若干个晶面，立方体的食盐就有三组与其边面平行的平面。如果外力沿平行晶面的方向作用，则晶体就很容易滑动（变形），这种变形还不易恢复，称为晶体的范性。从这里可以看出沿晶面的方向，其弹性限度小，只要稍加力，就超出了其弹性限度，使其不能复原；而沿其他方向则弹性限度很大，能承受较大的压力、拉力而仍满足虎克定律。当晶体吸收热量时，由于不同方向原子排列疏密不同，间距不同，吸收的热量多少也不同，于是表现为有不同的传热系数和膨胀系数。

非晶体的内部组成是原子无规则的均匀排列，没有一个方向比另一个方向特殊，如同液体内的分子排列一样，形不成空间点阵，故表现为各向同性。

当晶体从外界吸收热量时，其内部分子、原子的平均动能增大，温度也开始升高，但并不破坏其空间点阵，仍保持有规则排列。继续吸热达到一定的温度——熔点时，其分子、原子运动的剧烈程度可以破坏其有规则的排列，空间点阵也开始解体，于是晶体开始变成液体。在晶体从固体向液体的转化过程中，吸收的热量用来一部分一部分地破坏晶体的空间点阵，所以固液混合物的温度并不升高。当晶体完全熔化后，随着从外界吸收热量，温度又开始升高。而非晶体由于分子、原子的排列不规则，吸收热量后不需要破坏其空间点阵，只用来提高平均动能，所以当从外界吸收热量时，便由硬变软，最后变成液体。玻璃、松香、沥青和橡胶就是常见的非晶体。

多数的固体晶体属于多晶体（也叫复晶体），它是由单晶体组成的。这种组成方式是无规则的，每个单晶体的取向不同。虽然每个单晶体仍保持原来的特性，但多晶体除有固定的熔点外，其他宏观物理特性就不再存在。这是因为组成多晶体的单晶体仍保持着分子、原子有规则的排列，温度达不到熔解温度时不会破坏其空间点阵，故仍存在熔解温度。而其他方面的宏观性质，则因为多晶体是由大量单晶体无规则排列成的，单晶体各方向上的特性平均后，没有一个方向比另一个方向上更占优势，故成为各向同性。各种金属就属于多晶体。它们没有固定的独特形状，表现为各向同性。