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1、第九章第九章 物态和物态变化物态和物态变化第一节第一节 固体固体分子不停地做无规则运动，它们之间又存在相互作用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
2、的特点：它们的分子间的距离跟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构上不像气体那样无序引入：引入：一一 、晶体和非晶体、晶体和非晶体固体可以分成晶体和非晶体两类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、在常见的固态物质中，石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、糖、味精等都是晶体，玻璃、蜂蜡、松香、沥青、硫酸铜、糖、味精等都是晶体，玻璃、蜂蜡、松香、沥青、
3、橡胶等都是非晶体橡胶等都是非晶体1.1.晶体、非晶体的外形和物理性质的差异晶体、非晶体的外形和物理性质的差异(1)(1)晶体都具有规则的几何形状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状虽然不同，但一般是六角形的规则图案非晶体则没有规则的几何形状非晶体则没有规则的几何形状(2)(2)晶体有
4、一定的熔点，非晶体没有一定的熔点晶体有一定的熔点，非晶体没有一定的熔点.(3)(3)晶体的物理性质与方向有关，这种特性叫做各向异性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，所以是各向同性的是各向同性的实验实验:取一张云母薄片，在上面涂一层很薄的石蜡，然后用烧热取一张云母薄片，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观察接触点周围的石蜡熔化后所成的钢针去接触云母片观察接触点周围的石蜡熔化后所成的形状的形状 再在玻璃片上做同样的实验再在玻璃片上做同样的实验.现象现象:熔化了的石蜡在云母片
5、上呈椭圆形，而在玻璃片上熔化了的石蜡在云母片上呈椭圆形，而在玻璃片上呈圆形呈圆形结论结论:云母晶体在各个方向上的导热性能不同，而非晶体玻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璃在各个方向上的导热性能相同一种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，一种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，也就是一种物质是晶体还是非晶体，并不是绝对的也就是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许多
6、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到足够低的温度时，几乎所有的材料都能成为非晶体非晶体1.1.晶体又可以分为单晶体和多晶体晶体又可以分为单晶体和多晶体2.2.如果一个物体就是一个完整的晶体，例如雪花、食盐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制造各种晶体管集成电路只能用单晶体(单晶硅或单晶锗单晶硅或单晶锗)3.3.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，如果整个
7、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其中的小晶体叫做晶粒各种金属材料，也是多晶体各种金属材料，也是多晶体多晶体没有规则的几何形状，也不显示各向异性，但是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，仍有确定的熔点同单晶体一样，仍有确定的熔点二、晶体的微观结构二、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，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？这是为什么呢？1.1.组
8、成晶体的物质微粒（分子或原子、离子）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微粒的相互作用很强,具有空间上的周期性微粒具有空间上的周期性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不足以克服它们的相互作用而远离微粒的热运动表现为在一定的平衡位置附近不停地做微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小的振动X X射线对晶体结构进行研究射线对晶体结构进行研究电子显微镜对晶体内部结构进行直接观察和照相电子显微镜对晶体内部结构进行直接观察和照相食盐的晶体结构示意图食盐的晶体结构
9、示意图食盐的晶体是由钠离子食盐的晶体是由钠离子NaNa+和氯离子和氯离子CICI组成的，它们等距组成的，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有正立方体的外形(1)(1)晶体外形的规则性可以用物质微粒的规则排列来解释晶体外形的规则性可以用物质微粒的规则排列来解释(2)(2)晶体的各向异性也是由晶体的内部结构决定的晶体的各向异性也是由晶体的内部结构决定的 下图表示在一个平面上晶体物质微粒的排列情况下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从图上可以看出，在沿不同方向所画
10、的等长直线ABAB、ACAC、ADAD上，物质微粒的数目不同直线上，物质微粒的数目不同直线ABAB上物质微粒较多，直上物质微粒较多，直线线ADAD上较少，直线上较少，直线ACAC上更少正因为在不同方向上物质微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不同2.2.有的物质能够生成种类不同的几种晶体，是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，碳原子如果按图甲那样排列就成为石例如，碳原子如果按图甲那样排列就成为石墨，按图乙那样
11、排列就成为金刚石墨，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，石墨的密度小，金刚石的密度大；石墨能导电，金刚石不能导电金刚石不能导电