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玻璃以石英砂、純堿、長石及石灰石等為原料,經混和、高溫熔融、勻化后,加工成形,再經退火而得。廣泛運用于建筑、日用、藝術、儀表等領域,種類豐富,性能優越。除了制成各種玻璃門窗以外,我們還常將其制作成各種鏡片、裝飾等。想知道玻璃是否是晶體,以及玻璃有哪些特性,請看下文。
玻璃不是晶體
固態物質分為晶體和非晶體.從宏觀上看,晶體都有自己獨特的、呈對稱性的形狀,如食鹽呈立方體;冰呈六角棱柱體;明礬呈八面體等.而非晶體的外形則是不規則的.晶體在不同的方向上有不同的物理性質,如機械強度、導熱性、熱膨脹、導電性等,稱為各向異性.而非晶體的物理性質卻表現為各向同性.晶體有固定的熔化溫度—熔點(或凝固點),而非晶體則是隨溫度的升高逐漸由硬變軟,而熔化.
晶體和非晶體所以含有不同的物理性質,主要是由于它的微觀結構不同.組成晶體的微粒——原子是對稱排列的,形成很規則的幾何空間點陣.空間點陣排列成不同的形狀,就在宏觀上呈現為晶體不同的獨特幾何形狀.組成點陣的各個原子之間,都相互作用著,它們的作用主要是靜電力.對每一個原子來說,其他原子對它作用的總效果,使它們都處在勢能更低的狀態,因此很穩定,宏觀上就表現為形狀固定,且不易改變.晶體內部原子有規則的排列,引起了晶體各向不同的物理性質.例如原子的規則排列可以使晶體內部出現若干個晶面,立方體的食鹽就有三組與其邊面平行的平面.如果外力沿平行晶面的方向作用,則晶體就很容易滑動(變形),這種變形還不易恢復,稱為晶體的范性.從這里可以看出沿晶面的方向,其彈性限度小,只要稍加力,就超出了其彈性限度,使其不能復原;而沿其他方向則彈性限度很大,能承受非常大的壓力、拉力而仍滿足虎克定律.當晶體吸收熱量時,由于不同方向原子排列疏密不同,間距不同,吸收的熱量多少也不同,于是表現為有不同的傳熱系數和膨脹系數.
非晶體的內部組成是原子無規則的均勻排列,沒有一個方向比另一個方向特殊,如同液體內的分子排列一樣,形不成空間點陣,故表現為各向同性.
各向同性
玻璃的分子排列是無規則的,其分子在空間中具有統計上的均勻性。在理想狀態下,均質玻璃的物理、化學性質(如折射率、硬度、彈性模量、熱膨脹系數、導熱率、電導率等)在各方向都是相同的。
無固定熔點
因為玻璃是混合物,非晶體,所以無固定熔沸點。玻璃由固體轉變為液體是一定溫度區域(即軟化溫度范圍)內進行的,它與結晶物質不同,沒有固定的熔點。軟化溫度范圍Tg~T1,Tg為轉變溫度,T1為液相線溫度,對應的黏度分別為10^13.4 dPa·s、10^4~6dPa·s。
亞穩性
玻璃態物質一般是由熔融體快速冷卻而得到,從熔融態向玻璃態轉變時,冷卻過程中黏度急劇加大,質點來不及做有規則排列而形成晶體,沒有釋出結晶潛熱,因此,玻璃態物質比結晶態物質含有較高的內能,其能量介于熔融態和結晶態之間,屬于亞穩狀態。從力學觀點看,玻璃是一種不穩定的高能狀態,比如存在低能量狀態轉化的趨勢,即有析晶傾向,所以,玻璃是一種亞穩態固體材料。
漸變性可逆性
玻璃態物質從熔融態到固體狀態的過程是漸變的,其物理、化學性質的變化也是連續的和漸變的。這與熔體的結晶過程明顯不同,結晶過程必然出現新相,在結晶溫度點附近,許多性質會發生突變。而玻璃態物質從熔融狀態到固體狀態是在較寬溫度范圍內完成的,隨著溫度逐漸降低,玻璃熔體黏度逐漸加大,然后形成固態玻璃,但是過程中沒有新相形成。相反玻璃加熱變為熔體的過程也是漸變的。
相關概念
非晶體是指組成物質的分子(或原子、離子)不呈空間有規則周期性排列的固體。它沒有一定規則的外形,如玻璃、松香、石蠟等。它的物理性質在各個方向上是相同的,叫“各向同性”。它沒有固定的熔點。所以有人把非晶體叫做“過冷液體”或“流動性很小的液體”。晶體有自范性,非晶體無自范性,它是一個正在發展中的新的研究領域,并得到迅速的發展。
晶體(crystal)即是物質的質點(分子、原子、離子)在三維空間作有規律的周期性重復排列所形成的物質。從宏觀上看,晶體都有自己獨特的、呈對稱性的形狀,如食鹽呈立方體;冰呈六角棱柱體;明礬呈八面體等。晶體在不同的方向上有不同的物理性質,如機械強度、導熱性、熱膨脹、導電性等,稱為各向異性。晶體有固定的熔化溫度—熔點(或凝固點)。晶體的分布非常廣泛,自然界的固體物質中,絕大多數是晶體。氣體、液體和非晶物質在一定的合適條件下也可以轉變成晶體。
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