* 四、晶体和非晶体

固体可以分成晶体和非晶体两类。在常见的固体中，石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜等都是晶体；玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等都是非晶体。晶体和非晶体在外形上和物理性质上都有很大区别。

晶体都具有规则的几何形状。例如，食盐的晶体呈立方体形（图 13

－11 甲），明矾的晶体是八面体（图 13－11 乙），石英的晶体（透明的石英晶体叫水晶）中间是一个六面棱柱，两端是六面棱锥（图 13－11 丙）。冬季的雪花，是水蒸气在空气中冻结时形成的冰的晶体，它们的形状虽然不同，但都是六角形的规则图案（图 13－12）。非晶体则没有规则的几何形状。

晶体和非晶体除了外形上的差别外，在物理性质上也有所不同。

取一张云母薄片，在上面涂一层很薄的石蜡，然后用烧热的钢针去接触云母片，接触点周围的石蜡就熔化了，而熔化了的石蜡成椭圆形（图 13

－13）。如果用玻璃片做同样的实验，熔化了的石蜡成圆形（图 13－14）。这表明在云母晶体里各个方向上的导热性能不同，在非晶体玻璃里各个方向上的导热性能是相同的。晶体在不同的方向上不仅导热性能不同，机械强度和导电性能等其他物理性质也不同。也就是说，晶体内部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相同，所以是各向同性的。

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晶体可以分为单晶体和多晶体。如果整个物体就是一个晶体，这样的物体就叫做单晶体。上面说的晶体就是指单晶体。单晶体是科学技术上的重要原材料，制造各种晶体管就要用纯度很高的单晶硅或单晶锗。

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如果整个物体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体（晶粒）组成的，这样的物体就叫做多晶体。平常见到的各种金属材料就是多晶体。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 10-5 厘米那样大，最大的也超不过 10-3 厘米。每个晶粒都是一个小单晶体，具有各向异性。晶粒在多晶体里杂乱无章地排列着，所以多晶体没有规则的几何形状，也不显示各向异性，它在不同方向上的物理性质是相同的，即各向同性。

为什么晶体和非晶体会有这些差异呢？这要从晶体的微观结构中去寻找答案，人们很早就开始了这方面的探索。

* 五、空间点阵

19 世纪中叶，人们根据晶体外形的规则性和各向异性提出了一种假说，认为晶体内部的微粒是有规则排列着的。从 1912 年开始的应用 X 射线对晶体结构进行的研究，证实了这种假说的正确。现在，人们用电子显微镜对晶体内部结构进行直接观察和照相，进一步证实了这种假说的正确。组成晶体的物质微粒（分子、原子或离子）依照一定的规律在空间中

排成整齐的行列，构成所谓空间点阵。晶体中物质微粒的相互作用很强，微粒的热运动不足以克服它们的相互作用而远离，因而形成了可用空间点阵来描述的晶体结构。微粒的热运动表现为在一定的平衡位置附近不停地做微小的振动。

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图 13－15 是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 Cl-组成的，它们等距离地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。

晶体外形的规则性可以用物质微粒的规则排列来解释。同样，晶体的各向异性也是由晶体的内部结构决定的。

图 13－16 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。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，才引起晶体在不同方向上物理性质的不同。

有的物质能够生成种类不同的几种晶体，是因为它们的物质微粒能够形成不同的晶体结构。例如，碳原子如果按图 13－17 那样排列，就成为石墨，按图 13－18 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。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。金刚石和石墨，除了力学性质不同外，其他物理性质上也有很大差异。金刚石的密度大，石墨的密度小；金刚石不能导电，石墨能导电。不只是碳元素能组成不同的晶体，其他元素也有这种情况。

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