9.1固体

9.1固体分子不停地做无规则运动，它们之间又存在相互作用力．分子力的作用使分子聚集在一起，分子的无规则运动又使它们分散开来．这两种作用相反的因素决定了分子的三种不同的聚集状态：固态、液态和气态．物理学又把固态和液态统称为凝聚态．凝聚态物理学是当前物理学发展最迅速的分支学科之一．固体和液体有一个共同的特点：它们的分子间的距离跟分子本身的大小具有相同的数量级，因而分子间有较强的相互作用．这使得固体和液体都不易压缩，在微观结构上不像气体那样无序．一.晶体和非晶体固体可以分成晶体和非晶体两类．在常见的固态物质中，石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、糖、味精、金属等都是晶体，玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等都是非晶体．1.晶体、非晶体的外形和物理性质的差异(1)晶体都具有规则的几何形状．食盐的晶体呈立方体形，明矾的晶体呈八面体形，石英的晶体中间是一个六面棱柱，两端是六棱锥．冬季的雪花，是水蒸气在空气中凝华时形成的冰的晶体，它们的形状虽然不同，但一般是六角形的规则图案．(2)非晶体则没有规则的几何形状．(2)晶体有一定的熔点，非晶体没有一定的熔点.现象:熔化了的蜂蜡在云母片上呈椭圆形，而在玻璃片上呈圆形．(3)晶体的物理性质与方向有关，这种特性叫做各向异性．非晶体的各种物理性质在各个方向上都是相同的，所以是各向同性的．结论:云母晶体在各个方向上的导热性能不同，而非晶体玻璃在各个方向上的导热性能相同．注意：晶体具有各向异性，并不是每种晶体在各种物理性质上都表现出各向异性．云母导热性上表现出显著的各向异性，而有些晶体在导电性上表现出显著的各向异性，如方铝矿，有些晶体在光的折射上表现出显著的各向异性，如方解石．二.单晶体和多晶体1.晶体又可以分为单晶体和多晶体．2.如果一个物体就是一个完整的晶体，例如雪花、食盐小颗粒等．这样的晶体就叫做单晶体．制造各种晶体管、集成电路只能用单晶体(单晶硅或单晶锗)．3.如果整个物体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体组成的，这样的物体就叫做多晶体．由许多食盐单晶体粘在一起而成大块的食盐，就是多晶体．其中的小晶体叫做晶粒．各种金属材料，也是多晶体．单晶硅在微电子工业中应用广泛多晶体没有规则的几何形状，也不显示各向异性，但是同单晶体一样，仍有确定的熔点．晶体与非晶体的区别比较内容固体分类宏观外形物理性质非晶体没有确定的形状①没有固定熔点②导电、导热、光学性质表现为各向同性.晶体单晶体有天然规则的形状.①有确定的熔点②导热、导电、光学性质表现为各向异性多晶体没有确定的形状.①有确定的熔点②导热、导电、光学性质表现为各向同性三.晶体的微观结构晶体和非晶体在外形和物理性质上存在那么多的差异，这是为什么呢？1．微观结构理论的内容(1)组成晶体的物质微粒（分子或原子、离子）依照一定的规律在空间中整齐地排列、晶体中物质微粒的相互作用很强,具有空间上的周期性．(2)微粒的热运动不足以克服它们的相互作用而远离．微粒的热运动特点表现为在一定的平衡位置附近不停地做微小的振动．2．实验证实：人们用X射线和电子显微镜对晶体的内部结构进行研究后，证实了这种假说是正确的．1982年，扫描隧道显微镜的问世，使人类第一次观察到原子在物质表面的排列状况．3．用微观结构理论对单晶体特性的解释食盐的晶体结构示意图食盐的晶体是由钠离子Na+和氯离子CI－组成的，它们等距离、交错地排列在三组相互垂直的平行线上，因而食盐具有正立方体的外形．(1)晶体外形的规则性可以用物质微粒的规则排列来解释．(2)晶体的各向异性也是由晶体的内部结构决定的．直线AB上物质微粒较多，直线AD上较少，直线AC上更少．正因为在不同方向上物质微粒的排列情况不同，才引起晶体的不同方向上物理性质的不同．如图表示在一个平面上晶体物质微粒的排列情况．从图上可以看出，在沿不同方向所画的等长直线AB、AC、AD上，物质微粒的数目不同．各向异性的微观解释4.有的物质能够生成种类不同的几种晶体，那是因为组成它们的微粒能够按照不同规则在空间分布，形成不同的晶体结构．例如，碳原子如果按图甲那样排列就成为石墨，按图乙那样排列就成为金刚石．石墨是层状结构，层与层之间距离较大，作用力较弱，沿着这个方向容易把石墨一层层地剥下．石墨的层状结构决定了它的质地松软，可以用来制作粉状润滑剂，也可以用来制作铅笔心．金刚石中碳原子间的作用力很强，所以金刚石有很大的硬度，可以用来切割玻璃．如果把它装在钻探机的钻头上，能够钻入坚硬的岩石内．石墨的密度小，金刚石的密度大；石墨能导电，金刚石不能导电．一种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，也就是说一种物质是晶体还是非晶体，并不是绝对的．例如，天然水晶是晶体，而熔化以后再凝结的水晶（即石英玻璃）就是非晶体．许多非晶体在一定的条件下可以转化为晶体．人们在研究中还发现，在冷却得足够快和冷却到足够低的温度时，几乎所有的材料都能成为非晶体．关于晶体和非晶体，下列说法中正确的是()A．有规则的几何外形的固体一定是晶体B．晶体在物理性质上一定是各向异性的C．非晶体在适当的条件下可能转化为晶体D．晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点例1CD变式训练下列说法正确的是()A．一个固体球，若沿各条直径方向上的导电性能不同，则该球为单晶体B．一块固体，若是各个方向导热性能相同，则这个固体一定是非晶体C．一块固体，若有确定的熔点，则该固体必定为晶体D．黄金可以切割加工成各种形状，所以是非晶体AC例2单晶体不同于非晶体，它具有规则的几何外形，在不同方向上物理性质不同，而且具有一定的熔点，下列哪些说法可以用来解释晶体的上述特性（）A．组成晶体的物质微粒，在空间按一定的规律排成整齐的行列，构成特定的空间点阵B．晶体在不同方向上物理性质不同，是由于不同方向上微粒数目不同，微粒间距离也不相同C．晶体在不同方向上物理性质不同，是由于不同方向上的物质微粒的性质不同D．晶体在熔化时吸收热量，全部用来瓦解晶体的空间点阵，转化为分子势能，因此，晶体在熔化过程中保持一定的温度不变，只有空间点阵完全被瓦解，晶体完全变为液体后，继续加热，温度才会升高ABD变式训练有关晶体的排列结构，下列说法正确的是()A．同种元素原子按不同的结构排列有相同的物理性质B．同种元素原子按不同的结构排列有不同的物理性质C．同种元素形成晶体只能有一种排列规律D．同种元素形成晶体可能有不同的排列规律BD变式训练:下列说法错误的是()A．晶体具有天然规则的几何形状，是因为物质微粒是规则排列的B．有的物质能够生成种类不同的几种晶体，因为它们的物质微粒能够形成不同的空间结构C．凡各向同性的物质一定是非晶体D．晶体的各向异性是由晶体内部结构决定的C对熔点的解释给晶体加热到一定温度时，一部分微粒具有足够大的动能克服微粒间的相互作用，离开振动的平衡位置，使规则的排列被破坏，晶体开始熔解，熔解时晶体吸收的热量全部用来破坏规则的排列(从能量角度来看是增加了分子势能)，温度并不发生变化．多晶体的微观结构及对其性质的解释多晶体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体(晶粒)组成的．平常见到的各种金属材料都是多晶体．把纯铁做成的样品放在显微镜下观察，可以看到它是由许许多多晶粒组成的．晶粒有大有小，最小的只有10－5cm，最大的也不超过10－3cm.每个晶粒都是一个小单晶体，具有各向异性的物理性质和规则的几何形状，因为大量晶粒的杂乱无章地排列，所以多晶体没有规则的几何形状，也不显示各向异性．它在不同方向的物理性质是相同的，即各向同性．