基於晶體結構的固體分類

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簡介

自然界中最常見的固體材料是晶體固體。它們由原子、離子&分子以精確且重複的三維模式排列而成，形成貫穿各個方向的晶格，並在微觀結構上表現出良好的特性。與無定形材料不同，晶體固體具有明確的熔點。網路原子、金屬、離子&分子固體以及真實固體都是晶體固體。由於晶格的均勻性，晶體通常具有清晰且明確的熔點，這導致了相同的區域性條件。因此，固體的分子間相互作用是一致的，並且每次斷裂都需要相同的熱能來在同一時刻斷裂。

晶體固體和無定形固體的區別

晶體固體	無定形固體
組成粒子以一致的模式排列，具有短程有序和長程有序。	各個物質沒有以任何特定的排列方式排列。可能只有非常短程的有序。
從任何意義上來說，它們都是固體。	過冷液體或假固體是無定形固體。
它們的熔點極高。	在不同的溫度下，無定形物質熔化。
它們具有獨特的熔化熱。	它們沒有可檢測到的熔化熱。
幾何確定的晶體固體	它們有各種形狀和大小。
晶體固體的解理是平滑的。	它們以不規則的圖案雕刻。
它們是各向異性的。	它們是各向同性的。
例如，石英由晶體SiO2組成。	例如，無定形SiO2用於製造矽玻璃。

固體的形式

根據其化學鍵合的性質、組成粒子的構型以及組成，它們被分為三種形式。

晶體固體

它們是由許多微小的晶體組成，每個晶體都有其獨特的幾何形狀。組成粒子以一致的長程有序模式排列。這種模式在晶體中規則地延續。晶格是晶體內部原子的對稱三維排列。晶格的組成粒子被表示為點。例如，糖和食鹽。

無定形固體

它沒有形狀，由不規則形狀的粒子組成。與晶體材料相反，粒子分佈為短程有序。儘管它們具有規則的重複模式，但只能在短距離內觀察到。因此，粒子分佈非常無序。例如，橡膠、玻璃和塑膠。

各向異性和各向同性

術語“各向同性”源於希臘語isos（相等）和tropos（方式）。某些物質，例如鑽石、金屬和玻璃，在所有方向上都具有相同的材料特性；這些物質被認為是各向同性材料，並且它們的行為被稱為各向同性。

術語“各向異性”源於希臘語a（無）、isos（相等）和tropos（方式）。因此，各向異性的意義在不同的方向上具有不同的特性。它是各向同性的反義詞。各向異性物質包括木材和複合材料。這些物質的特性是方向相關的，這意味著它們在不同方向上表現出不同的特性。它指的是某些材料的行為。

空間點陣和晶胞

空間點陣是在空間中重複的點模式。因為它是一種重複的模式，所以點陣的一小部分，當在不同的方向上重複時，會生成整個空間點陣。晶胞是點陣的一小部分。

因此，空間點陣指的是晶體組成成分（原子、離子或分子）在三維空間中的規則分佈。

晶胞是完整空間點陣的三維最小部分，它在多個方向上重複以生成整個空間點陣。

由於點陣可以透過堆疊晶胞來構建，因此可以將其視為晶格的基本構建塊。

晶系

它是許多不同型別的晶體、空間群和點陣之一。在晶體學中，點陣系統和晶系之間存在細微的差異。根據其點群，晶體和空間群被分為7個晶系。

7個晶系的分類方法是基於點陣和原子結構。原子點陣由一系列以對稱方式排列的原子組成。點陣可用於識別寶石的外觀和物理特性。可以判斷它們屬於哪個晶系。在立方晶系中，晶體被認為象徵著土元素。

七個晶系是

• 立方晶系

• 六方晶系

• 四方晶系

• 單斜晶系

• 正交晶系

• 三斜晶系

• 三方晶系

結論

晶體固體在本質上不是各向同性的。它們是各向異性的，這意味著它們在不同方向上具有不同的特性。它們具有清晰的熔點、長程有序以及特定的規則幾何形狀。晶體材料的原子或分子具有特定的規則形狀。通常，晶體物質會產生在各個方向延伸的晶格。它們是真固體的另一個名稱。晶體固體的四種類型是離子固體、共價固體、金屬固體和分子固體。例如，金剛石、氯化鈉和硝酸鈉。

常見問題解答

1. 為什麼石墨，一種共價固體，是如此優秀的導電體？

它是一種共價固體，因為其所有成分都透過共價鍵連線。共價固體通常是不良導電體，因為沒有自由電子（e^-）在晶體中移動。石墨是一個例外，因為碳原子以六邊形排列結合，並存在於層狀結構中。由於這種六邊形層狀結構，每4個碳原子中的1個e^-可以自由地從每一層中移動出來以導電。

2. 玻璃是晶體物質嗎？

它是一種非晶態的無定形固體，具有透明的外觀，用於廣泛的實用、技術和裝飾應用，包括窗格、餐具和光學器件。玻璃通常透過快速冷卻熔融狀態形成，但是，某些玻璃，例如火山玻璃，會自發形成。

3. 橡膠是晶體物質嗎？

與晶體固體不同，無定形固體缺乏結構化的內部結構。例如，矽酮、橡膠和凝膠。這些固體與具有傳統解理面的晶體物質不同，在兩個方向上都具有相同的物理特性。

4. 哪種固體更好，晶體/無定形？

無定形從根本上來說不如晶體有效，其透光效率僅為7%到10%，而相同尺寸的晶體面板的透光效率為12%到15%。晶體在其使用壽命期間保持大約95%的總額定工作效能。

5. 為什麼晶體固體是各向異性的，而無定形固體是各向同性的？

各向異性晶體在相同晶體內部的不同方向上測量時表現出不同的物理特性，例如電阻或折射率。由於無定形固體的長程有序和不規則的排列，它們是各向同性的。