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9.1固体第九章第九章物态和物态变化 教学目标教学目标知识与能力知识与能力1知道固体可分为晶体和非晶体两大类，了解它们在物理性质上的差别。2知道晶体分子或离子按一定的空间点阵排列。知道晶体可分为单晶体和多晶体，通常说的晶体及性质是指单晶体，多晶体的性质与非晶体类似。3能用晶体的空间点阵说明其物理性质的各向异性。重点、难点重点、难点1.晶体与非晶体的区别;晶体与多晶体的区别2.晶体的微观结构 分子不停地做无规则运动，它们之间又存在相互作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，分子的无规则用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了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：分子的三种不同的聚集状态：固态、液态和气态固态、液态和气态物理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的特点：它们的分子间的距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，因而分子间有较强的相互作用这使得固体和液体都不易压缩，有较强的相互作用这使得固体和液体都不易压缩，在微观结构上不像气体那样无序在微观结构上不像气体那样无序一一.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、硫酸铜、糖、味精等都是晶体，玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等都是非晶体沥青、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，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，两端是六棱锥冬石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，季的雪花，是水蒸气在空气中凝华时形成的冰的晶体，它们的形状虽然不同，但一般是六角形的规则图案它们的形状虽然不同，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)晶体的物理性质晶体的物理性质与方向有关，这种特性叫做与方向有关，这种特性叫做各向异性各向异性 非晶体的各种物理性质非晶体的各种物理性质、在各个方向上都是相同的，、在各个方向上都是相同的，所以是所以是各向同性各向同性的的现象现象:熔化了的石蜡在云母片上呈椭圆形，而在玻璃片熔化了的石蜡在云母片上呈椭圆形，而在玻璃片上呈圆形上呈圆形 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体玻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晶例如，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（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到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非晶体足够低的温度时，几乎所有的材料都能成为非晶体二二.单晶体和多晶体单晶体和多晶体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.如果如果一个物体就是一个完整的晶体，例如雪花、食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盐小颗粒等这样的晶体就叫做单晶体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，这样的物体就叫做组成的，这样的物体就叫做多晶体多晶体 由许多食盐单晶体粘在一起而成大块的食盐，就是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多晶体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，但是同单晶体一样，仍有确定的熔点仍有确定的熔点三三.晶体的微观结构晶体的微观结构 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？异，这是为什么呢？1.1.组成晶体的物质微粒（分子或原子、离子）依照一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、晶体中物质微粒的相互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作用很强,具有空间上的周期性具有空间上的周期性微粒的热运动不足以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小的振动定的平衡位置附近不停地做微小的振动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，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，它们等距离、交错地排列在三组相互垂直的平行线上，因而食盐具有正立方体的外形因而食盐具有正立方体的外形(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上物质微上物质微粒较多，直线粒较多，直线ADAD上较少，直线上较少，直线ACAC上更少正因为在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不同不同方向上物理性质的不同 2.2.有的物质能够生成种类不同的几种晶体，有的物质能够生成种类不同的几种晶体，是因为是因为它们的物质微粒能够形成不同的晶体结构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墨，按例如，碳原子如果按图甲那样排列就成为石墨，按图乙那样排列就成为金刚石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，作用力较石墨是层状结构，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弱，沿着这个方向容易把石墨一层层地剥下石墨的石墨的层状结构层状结构决定了它的质地松软，可以用来制作粉状润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，所以金刚石有很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，大的硬度，可以用来切割玻璃如果把它装在钻探机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