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标  题: ８４　为什么会形成晶体？为什么晶体总有一定的形状�
发信站: 哈工大紫丁香 (2002年08月06日17:01:49 星期二), 站内信件

阿西莫夫《你知道吗——现代科学中的一百个问题》
８４　为什么会形成晶体？为什么晶体总有一定的形状？

　　在通常情况下，物质有三态：气态，液态和固态。在气
体中，组成气体的原子或（通常为）分子的能量非常高，或
者各个分离的分子之间的引力非常低（或者两者兼备）。以
致各个分子独立地进行运动。
　　如果能量降低到一定点，那么，分子就不能再保持独立
性，而必定会互相发生接触。但是这时还有足够的能量可供
分子进行运动，使分子在其他分子间滑动。这种情况就是液
体。
　　如果能量进一步降低，各个分离的分子就不能再滑动，
而会固定在某个方位上（尽管它们也许能够或确实会在它们
的固定位置附近振动）。这种物质就是固体。
　　在固体中，两个相邻的分子（或原子，或离子）的相对
位置不是随意的。它们处于某种有规则的排列之中，这种排
列取决于不同的粒子具有什么样的比例，大小有怎样的差别，
外部压力有多大，等等。在氯化钠中，钠离子和氯离子的数
目相等，大小没有太大的差别。在氟化铯中，铯离子和氟离
子的数目相等，但铯离子比氟离子大得多。在氯化镁中，镁
离子和氯离子的大小没有太大的差别，但是在数目上，氯离
子为镁离子的两倍。由于这一原因，每种化合物很自然地以
不同的方式进行排列。
　　如果你得到一块可见物质，它是由全部按有序方式排列
的原子、离子或分子所组成，那么，这块可见物质就会有一
些光滑的表面，它们以一些固定的角度相交（这就象从空中
来看一个军队的队形。你也许看不见各个士兵，但是如果他
们排列得很好，你就会看见那个队伍，比如说，呈矩形）。
这块可见物质（或者说“晶体”）的整个形状取决于原子的
排列。对于在一系列给定条件下的任何给定的物质来说，原
子排列是固定的，因此晶体总是具有确定的形状。
　　固体物质从本质上说几乎总是晶体，即使它们看起来并
不象是那样。我们知道，要形成一种理想的晶体，最好从处
于溶液状态的纯物质着手（这样，外来的原子就不会滑入和
打乱排列）。溶液应该缓慢地冷却，以便让原子有时间排成
阵列。在自然界往往存在着由几种物质组成的混合物，因此，
我们最后得到的，是互相推撞和互相拥挤的几种不同的晶体。
不仅如此，如果冷却非常快，那么，就会有许多晶体开始形
成，以致其中任何一个晶体都没有机会生长到超过显微的大
小，这些晶体各取各的方向，因此没有确定的形状。
　　因此，在自然界，我们很少能看到足够大的清澈的晶体。
通常我们所遇到的，是一些不规则的物质碎块，它们是由我
们未察觉到的微晶体构成的。
　　有一些固体物质不是结晶状的，因此不真正是固体。玻
璃就是一个例子。液态玻璃是很有粘性的，因此它的离子就
难以运动，也难以排成有序阵列。当玻璃冷却时，离子运动
得越来越慢，最后完全停止运动，停在哪儿就将它们的位置
保持在那儿。
　　在这种情况下不存在有规则的排列，因此，“固态”玻
璃实际上是一种“超冷的液体”。玻璃可以是硬的，摸起来
象是固体，但是它没有晶体结构，而且，它没有明显的熔点，
这是它最致命的弱点。所以，“固态”玻璃在加热时就只是
逐渐软化而已。

阿西莫夫《你知道吗？——现代科学中的一百个问题》
科学普及出版社   1984年

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