高中物理课程讲解：第九章 固态与液态及其相变 —— 第一节 固体概述

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第一节我们先来研究固体的性质

一，固体的分类：晶体和非晶体

我们把日常生活中的常见固体分成两类：一类像冰，石英（水晶），食盐，硫酸铜，明矾，蔗糖等，我们称它们为晶体；另外一类像蜡烛，松香，橡胶，沥青，石蜡，玻璃等，我们称之为非晶体。

晶体和非晶体的分类，是根据它们三个性质的区别。

1有无天然的几何形状

晶体有天然的几何形状，也就是说当它们从液体变为固体时会结晶出规则的形状。

比方说：雪花是六边形，食盐是立方体。

非晶体则不具有天然的几何形状。

需要注意的是：晶体可以进一步分类成单晶体和多晶体。比如单片雪花，单个食盐微粒是单晶体。

而大量的多个单晶体杂乱无章组合而成的晶体，就是多晶体。比方说雪花做成的雪球，许多食盐微粒粘在一起的大盐块，许多蔗糖粘在一起的大糖块。常见的金属也是多晶体。

单晶体有天然的几何形状，多晶体则没有天然的几何形状。

2有无确定的熔点

对于晶体，无论是单晶体还是多晶体，加热到一定的温度才开始融化。晶体有明确的熔点。比方说冰在标准大气压下，熔点是0摄氏度。

对于非晶体，从开始加热就开始融化，没有一个固体液体之间清晰的界限，没有明确的熔点。比方说夏天暴晒变软的沥青，拿在手里变软的蜡烛。

3有无各向异性

我们来看课本上的例子，把玻璃片和云母片上都涂上蜂蜡，用加热的针尖点在石蜡层背面。我们发现玻璃上的蜂蜡融化成了正圆形，说明玻璃的导热性在各个方向都是相同的，我们称为各向同性；但是在云母片上的蜂蜡则形成了一个椭圆，说明云母在各个方向上的导热性是不同的，我们称之为各向异性。

一般来说单晶体的导热性或者导电性或者某些光学性质，在不同方向上是不同的。我们说单晶体有各向异性。而大量单晶体组合而成的多晶体，或者非晶体则沿各个方向的物理性质都是相同的，具有各向同性。

综上：我们要确定物体到底是晶体还是非晶体，一个重要的判别依据就是有无确定的熔点。

二，晶体的微观结构

为什么晶体和非晶体在性质上会有这样大的差异？

原因是在于不同的物体微观结构上有很大的差异。

1982年人们用扫描隧道显微镜观察了各种物质的分子排列状况。

人们发现对于晶体他们的微粒会按照一定的规则在空间中分布，具有周期性。比方说石墨中碳原子按照六边形的层状结构排布；金刚石中的碳原子则按照三棱锥的空间结构进行排列；食盐中的氯化钠分子按照立方体的结构进行排布。

非晶体的分子则是杂乱无章的排布，没有规则性。

正是由于晶体和非晶体在微观上分子结构排布的有无规则性，导致晶体和非晶体在有无天然形状，有无确定熔点，各向同性和各项异性的差异。

最后需要强调一点：晶体和非晶体可以相互转化。比如水晶融化后形成石英玻璃，就是晶体转变为非晶体。比方说飞机发动机之所以难以制作，就是需要把非晶体的金属可以转化为晶体，使其能够克服上千度的高温而不融化。