非晶體

非晶體

非晶體,或稱無定形體,是其中的原子不按照一定空間順序排列的固體,與晶體相對應。常見的非晶體包括玻璃和很多高分子化合物如聚苯乙烯等。只要冷卻速度足夠快,任何液體都會過冷,生成非晶體。

基本信息

常見非晶體常見非晶體

非晶體(noncrystal) ,或稱無定形體,是其中的原子不按照一定空間順序排列的固體,與晶體相對應。常見的非晶體包括玻璃和很多高分子化合物聚苯乙烯等。只要冷卻速度足夠快,任何液體都會過冷,生成非晶體。其中,原子尚未排好在熱力學上有利的晶態中的晶格或骨架便已失去運動速度,但仍保留有液態時原子的大致分布。
由於的緣故,即使冷卻速度很慢,很多聚合物仍會生成非晶體。

概念

11非晶體—玻璃態二氧化矽(SiO2)的結構圖

非晶體是指組成物質分子(或原子離子)不呈空間有規則周期性排列的固體。它沒有一定規則的外形,如玻璃、松香石蠟等。它的物理性質在各個方向上是相同的,叫“各向同性”。它沒有固定的熔點。所以有人把非晶體叫做“過冷液體”或“流動性很小的液體”。
非晶態固體包括非晶態電介質、非晶態半導體、非晶態金屬。它們有特殊的物理、化學性質。例如金屬玻璃(非晶態金屬)比一般(晶態)金屬的強度高、彈性好、硬度和韌性高、抗腐蝕性好、導磁性強、電阻率高等。這使非晶態固體有多方面的套用。它是一個正在發展中的新的研究領域,近年來得到迅速的發展。

晶體與非晶體區別

 

11A為晶體 B為非晶體

晶體是內部質點在三維空間成周期性重複排列的固體,具有長程有序,並成周期性重複排列。
非晶體是內部質點在三維空間不成周期性重複排列的固體,具有近程有序,但不具有長程有序。如玻璃。外形為無規則形狀的固體。
晶體和非晶體所以含有不同的物理性質,主要是由於它的微觀結構不同。組成晶體的微粒——原子是對稱排列的,形成很規則的

幾何空間

點陣。空間點陣排列成不同的形狀,就在巨觀上呈現為晶體不同的獨特幾何形狀。組成點陣的各個原子之間,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,因此很穩定,巨觀上就表現為形狀固定,且不易改變。晶體內部原子有規則的排列,引起了晶體各向不同的物理性質。例如原子的規則排列可以使晶體內部出現若干個晶面,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,稱為晶體的范性。從這裡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、拉力而仍滿足胡克定律。當晶體吸收熱量時,由於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,於是表現為有不同的傳熱係數和膨脹係數。 石英、雲母、明礬、食鹽、硫酸銅、糖、味素等就是常見的晶體。
非晶體的內部組成是原子無規則的均勻排列,沒有一個方向比另一個方向特殊,如同液體內的分子排列一樣,形不成空間點陣,故表現為各向同性。

本質區別

晶體有自范性,非晶體無自范性。

物理性質不同

晶體是內部質點在三維空間成周期性重複排列的固體,具有長程有序,並成周期性重複排列。
非晶體是內部質點在三維空間不成周期性重複排列的固體,具有近程有序,但不具有長程有序。外形為無規則形狀的固體。
晶體有各向異性,非晶體是各向同性
晶體有固定的熔點,非晶體無固定的熔點,它的熔化過程中溫度隨加熱不斷升高。

微觀結構不同

晶體和非晶體所以含有不同的物理性質,主要是由於它的微觀結構不同。
組成晶體的微粒——原子是對稱排列的,形成很規則的
非晶體—玻璃態二氧化矽(SiO2)的結構圖
幾何空間點陣;空間點陣排列成不同的形狀,就在巨觀上呈現為晶體不同的獨特幾何形狀;組成點陣的各個原子之間,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,因此很穩定,巨觀上就表現為形狀固定,且不易改變;晶體內部原子有規則的排列,引起了晶體各向不同的物理性質;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,稱為晶體的范性;從這裡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;當晶體吸收熱量時,由於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,於是表現為有不同的傳熱係數和膨脹係數。而非晶體沒有這結構。

X射線衍射實驗

當單一波長的X射線通過非晶體時,不會在記錄儀上看到分立的斑點或A為晶體B為非晶體明銳的譜線,而同一條件下攝取的晶體圖譜中能看到分立的斑點或明銳的譜線。

非晶體的熔化

1非晶體熔化與凝固示意圖

當晶體從外界吸收熱量時,其內部分子、原子的平均動能增大,溫度也開始升高,但並不破壞其空間點陣,仍保持有規則排列。繼續吸熱達到一定的溫度——熔點時,其分子、原子運動的劇烈程度可以破壞其有規則的排列,空間點陣也開始解體,於是晶體開始變成液體。在晶體從固體向液體的轉化過程中,吸收的熱量用來一部分一部分地破壞晶體的

空間點陣

,所以固液混合物的溫度並不升高。當晶體完全熔化後,隨著從外界吸收熱量,溫度又開始升高。而非晶體由於分子、原子的排列不規則,吸收熱量後不需要破壞其空間點陣,只用來提高平均動能,所以當從外界吸收熱量時,便由硬變軟,最後變成液體。玻璃、蜂蠟、松香、瀝青、橡膠等就是常見的非晶體。

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