基于晶体结构的固体分类

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简介

自然界中最常见的固体材料是晶体固体。它们由原子、离子&分子以精确且重复的三维模式排列而成，形成贯穿各个方向的晶格，并在微观结构上表现出良好的特性。与无定形材料不同，晶体固体具有明确的熔点。网络原子、金属、离子&分子固体以及真实固体都是晶体固体。由于晶格的均匀性，晶体通常具有清晰且明确的熔点，这导致了相同的局部条件。因此，固体的分子间相互作用是一致的，并且每次断裂都需要相同的热能来在同一时刻断裂。

晶体固体和无定形固体的区别

晶体固体	无定形固体
组成粒子以一致的模式排列，具有短程有序和长程有序。	各个物质没有以任何特定的排列方式排列。可能只有非常短程的有序。
从任何意义上来说，它们都是固体。	过冷液体或假固体是无定形固体。
它们的熔点极高。	在不同的温度下，无定形物质熔化。
它们具有独特的熔化热。	它们没有可检测到的熔化热。
几何确定的晶体固体	它们有各种形状和大小。
晶体固体的解理是平滑的。	它们以不规则的图案雕刻。
它们是各向异性的。	它们是各向同性的。
例如，石英由晶体SiO2组成。	例如，无定形SiO2用于制造硅玻璃。

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固体的形式

根据其化学键合的性质、组成粒子的构型以及组成，它们被分为三种形式。

晶体固体

它们是由许多微小的晶体组成，每个晶体都有其独特的几何形状。组成粒子以一致的长程有序模式排列。这种模式在晶体中规则地延续。晶格是晶体内部原子的对称三维排列。晶格的组成粒子被表示为点。例如，糖和食盐。

无定形固体

它没有形状，由不规则形状的粒子组成。与晶体材料相反，粒子分布为短程有序。尽管它们具有规则的重复模式，但只能在短距离内观察到。因此，粒子分布非常无序。例如，橡胶、玻璃和塑料。

各向异性和各向同性

术语“各向同性”源于希腊语isos（相等）和tropos（方式）。某些物质，例如钻石、金属和玻璃，在所有方向上都具有相同的材料特性；这些物质被认为是各向同性材料，并且它们的行为被称为各向同性。

术语“各向异性”源于希腊语a（无）、isos（相等）和tropos（方式）。因此，各向异性的意义在不同的方向上具有不同的特性。它是各向同性的反义词。各向异性物质包括木材和复合材料。这些物质的特性是方向相关的，这意味着它们在不同方向上表现出不同的特性。它指的是某些材料的行为。

空间点阵和晶胞

空间点阵是在空间中重复的点模式。因为它是一种重复的模式，所以点阵的一小部分，当在不同的方向上重复时，会生成整个空间点阵。晶胞是点阵的一小部分。

因此，空间点阵指的是晶体组成成分（原子、离子或分子）在三维空间中的规则分布。

晶胞是完整空间点阵的三维最小部分，它在多个方向上重复以生成整个空间点阵。

由于点阵可以通过堆叠晶胞来构建，因此可以将其视为晶格的基本构建块。

晶系

它是许多不同类型的晶体、空间群和点阵之一。在晶体学中，点阵系统和晶系之间存在细微的差异。根据其点群，晶体和空间群被分为7个晶系。

7个晶系的分类方法是基于点阵和原子结构。原子点阵由一系列以对称方式排列的原子组成。点阵可用于识别宝石的外观和物理特性。可以判断它们属于哪个晶系。在立方晶系中，晶体被认为象征着土元素。

七个晶系是

• 立方晶系

• 六方晶系

• 四方晶系

• 单斜晶系

• 正交晶系

• 三斜晶系

• 三方晶系

结论

晶体固体在本质上不是各向同性的。它们是各向异性的，这意味着它们在不同方向上具有不同的特性。它们具有清晰的熔点、长程有序以及特定的规则几何形状。晶体材料的原子或分子具有特定的规则形状。通常，晶体物质会产生在各个方向延伸的晶格。它们是真固体的另一个名称。晶体固体的四种类型是离子固体、共价固体、金属固体和分子固体。例如，金刚石、氯化钠和硝酸钠。

常见问题解答

1. 为什么石墨，一种共价固体，是如此优秀的导电体？

它是一种共价固体，因为其所有成分都通过共价键连接。共价固体通常是不良导电体，因为没有自由电子（e^-）在晶体中移动。石墨是一个例外，因为碳原子以六边形排列结合，并存在于层状结构中。由于这种六边形层状结构，每4个碳原子中的1个e^-可以自由地从每一层中移动出来以导电。

2. 玻璃是晶体物质吗？

它是一种非晶态的无定形固体，具有透明的外观，用于广泛的实用、技术和装饰应用，包括窗格、餐具和光学器件。玻璃通常通过快速冷却熔融状态形成，但是，某些玻璃，例如火山玻璃，会自发形成。

3. 橡胶是晶体物质吗？

与晶体固体不同，无定形固体缺乏结构化的内部结构。例如，硅酮、橡胶和凝胶。这些固体与具有传统解理面的晶体物质不同，在两个方向上都具有相同的物理特性。

4. 哪种固体更好，晶体/无定形？

无定形从根本上来说不如晶体有效，其透光效率仅为7%到10%，而相同尺寸的晶体面板的透光效率为12%到15%。晶体在其使用寿命期间保持大约95%的总额定工作性能。

5. 为什么晶体固体是各向异性的，而无定形固体是各向同性的？

各向异性晶体在相同晶体内部的不同方向上测量时表现出不同的物理特性，例如电阻或折射率。由于无定形固体的长程有序和不规则的排列，它们是各向同性的。