晶体如玻璃、松香等没有晶型,其内部原子排列无序,无规则外形且物理性质各向同性
典型非晶态物质举例
玻璃是最经典的无定形固体代表,日常使用的窗玻璃、光学镜片等均属于此类材料,其原子排列呈现短程有序而长程无序的特点,不存在周期性重复的晶体结构。
类别 | 示例物质 | 微观特征描述 | 宏观性质表现 |
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传统无机非晶 | 硅酸盐玻璃(如钠钙玻璃) | 硅氧四面体随机连接成三维网络 | 透明均质、各向同性、可模塑成型 |
高分子聚合物 | 聚苯乙烯(PS)、有机玻璃(PMMA) | 分子链纠缠无规则堆砌 | 良好的韧性和可加工性 |
金属玻璃合金 | Fe₈₀B₂₀等块体非晶合金 | 原子密集填充但无平移对称性 | 高强度、高硬度及优异软磁性能 |
天然生物材料 | 橡胶、琥珀 | 大分子链段自由运动形成熵稳定结构 | 高弹性形变能力和粘滞流动性 |
特殊说明:气体与液体的本质状态
需要特别指出的是,所有气体和液体都天然不具备晶型结构,这些物质处于热力学亚稳态时(如过冷液体),可能暂时表现出某些局部有序特征,但本质上仍属于统计意义上均匀分布的非晶相,例如液态水在急速冷却形成的无定形冰,其X射线衍射图谱仅显示弥散环而非尖锐峰。
相关问题与解答
Q1: 为什么说“所有气体都没有晶型”?
A: 根据物质三态基本理论,气体分子间作用力极弱且热运动剧烈,既无法形成固定几何排列的晶体结构,也不能维持稳定的短程有序,即使在极端条件下(如高压低温),气体直接固化的产物必然是具有特定晶格参数的新相,而非保留气态特性。
Q2: 是否存在理论上绝对无法结晶的物质?
A: 从热力学角度而言,任何纯净物质在足够缓慢的冷却速率下都能通过成核生长机制形成晶体,所谓“非晶物质”实际上是动力学受限的产物——当冷却速度超过体系形成临界晶核所需的时间尺度时,物质被冻结在非平衡态,例如金属熔体若以10⁶ K/s的速度骤冷,即可制备出厚度达毫米级的金属玻璃薄带