晶体与非晶体的区别.docVIP

JISHOU　UNIVERSITY 《固体物理》期末 考核报告 晶体与非晶体的区别 摘要：自然界中的固体物质可以分为晶体和非晶体两大类。其中，晶体是指那些内部质点(原子、离子或分子)在三维空间周期性地重复排列构成的固体物质。 与此相反，内部质点在三维空间无规律地排列的固体物质为非晶体或非晶态。非晶体的各种物理性质，在各个方向上都是相同的，即各向同性。非晶体没有固定的熔点，在熔化过程中，随着温度的升高，它首先变软，然后逐渐由稠变稀，经历一个软化过程。这些特征和晶体是不同的。非晶态内能高、不稳定，而晶态内能低、稳定。 一和Na+都是相间排列的，如图1，●代表Na离子，○代表Cl离子，其外形是非常规则的立方形，从盐场生产的粗大盐粒到实验室用的基准氯化钠微粒，无论大小都是立方形的。 图1 NaCl晶体结构 17世纪中叶，丹麦矿物学家斯迪诺在研究石英晶体断面时发现，石英晶面的大小和形状尽管千变万化，但相应晶面问的夹角却是相等的。如图2所示，无论哪种形状的石英晶体，其晶面a，b，C相互间的夹角均保持相等。随后人们又研究了大量不同形状的晶体。发现每种晶体不同晶面间的夹角都保持相等，从而就诞生了结晶学上的第一个定律——晶面夹角守恒定律。正因为晶体的生长必须遵循晶面夹角守恒定律，所以晶体由一个微小的结构单元生长成宏观晶体时永远保持有规则的外形。 图2 不同石英晶体的外形和晶面结构 非晶体内部质点排列杂乱无章，外形不规则。例如玻璃内部各种离子杂乱无章地堆积在一起，外形没有一定之规，人们可以在生产中任意改变其外部形貌。众多构造繁杂外形精美的玻璃艺术品，正是利用玻璃外形可以任意改变的性能而加工制成的。一些蜡像艺术品也是因为石蜡属于非晶体而得来。 2、晶体的内部结构 （1）七大晶系 晶体的外形决定于晶体的内部结构。能代表晶体全部结构特征和性质特点的最小重复单位称为晶胞。晶胞可以用六面体的3个棱边的边长a，b，c和构成同一顶点的3个面之间的夹角口α,β,γ来描述，如图3根据晶胞的棱边边长和晶面夹角，将晶体分成七大类型，通常称为七大晶系。图4绘出了其相应结构。 图3 晶胞示意图 图4 七大晶系的结构示意图 （2）十四种晶格 在各种晶系中，根据质点排列方式的区别又分成不同的晶格。晶格是一种几何概念，是组成晶体的质点在空间的排列方式。也将晶格称为布拉韦格子或布拉韦点阵。从几何学的角度讲，空间点阵有三种方式：线状、层状、三维立体构型。在晶体学中常见的十四种晶格如图5。有的物质由于微粒能够形成不同的空间点阵，因此能够生成种类不同的几种晶体。例如：碳原子可以形成非常软的石墨，也可以形成硬度很大的金刚石。 图5 十四种晶格结构 （二）各向异性 1、区别 晶体的各种物理性质，在各个方向上都是同的，即各向性 矾、蔡、各种金属 松香、玻璃、蜂蜡、沥青 熔点和凝固点 同一晶体的熔点和凝固点相同 非晶体无固定的熔点和凝固点 熔化过程 吸收热量.温度不变 吸收热量，温度升高 凝固过程 放出热量，温度不变 放出热量，温度降低 熔化条件 温度达到熔点，继续吸热 吸收热量 凝固条件 温度达到凝尚点，继续放热 放出热量 融化曲线 凝固曲线 （四）对X射线的衍射 晶体可对X射线发生，非晶体不可对X射线发生衍射，当单一波长的X-射线通过晶体时，会在记录仪上看到分立的斑点或明锐谱线。而在同一条件下摄取的非晶体图谱中却看不到分立的斑点或明锐谱线。 晶格具有一定的对称性和周期性，X射线、电子流和中子流产生衍射效应，成为了解晶体内部结构的重要实验方法。非晶质没有周期性结构，只能产生散射效应，得不到衍射图像。 仅从外观上,用肉眼很难区分晶体、非晶体与准晶体。一块加工过的水晶晶体与同样形状的玻璃(非晶体)外观上几乎看不出任何区别。鉴定技术是X光技术X射线衍射是判定物质结构的有力手段之一。X射线是由高能的光子构成，通过晶体后，由于晶体晶格的作用，会产生一定的衍射图样。不同的晶体，其图样以及图样的尺寸结构有所不同，因此，可以利用这一性质来进行物质判定。X射线衍射是常用的物质结构分析手段之一。 晶体与非晶体在一定条件下是可以互相转化的。 由非晶态转化为晶态，这一过程称为晶化或脱玻化。晶化过程可以自发进行，因为非晶态内能高、不稳定，而晶态内能低、稳定。相反，晶体也可因内部质点的规则排列遭到破坏而转化为非晶态，这个过程称为非晶化。非晶化一般需要外能。 因为晶体比非晶体稳定，所以晶体的分布十分广泛，自然界的固体物质中，绝大多数是晶体。我们日常生活中接触到的石头、沙子、金属器材、水泥制品、食盐、糖、甚至土壤等等，大多数是由晶体组成