非晶體形成條件

非晶體熱力學(xué)條件

熔融體是物質(zhì)在熔化溫度以上的一種高能量狀態(tài)，隨著溫度的下降，根據(jù)熔體釋放能量的大小不同，可以有三種冷卻過程。

1、結(jié)晶化。熔體中的質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行有序排列，釋放出結(jié)晶潛熱，系統(tǒng)在凝固過程中始終處于熱力學(xué)平衡的能量最低狀態(tài)。

2、玻璃化。質(zhì)點(diǎn)的重新排列不能達(dá)到有序化程度，固態(tài)結(jié)構(gòu)仍具有熔體遠(yuǎn)程無序的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，系統(tǒng)在凝固過程中，始終處于熱力學(xué)介穩(wěn)狀態(tài)。

3、分相。熔體在冷卻過程中中，不再保持結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)均勻性，質(zhì)點(diǎn)的遷移使系統(tǒng)發(fā)生組分偏聚，從而形成互補(bǔ)混溶并且組成不同的兩個(gè)玻璃相，分相使系統(tǒng)的能量有所下降，但仍處于介穩(wěn)態(tài)。

從熱力學(xué)觀點(diǎn)分析，非晶態(tài)物質(zhì)總是有降低內(nèi)能，向晶態(tài)轉(zhuǎn)化的趨勢。在一定條件下，通過析晶或分相放出能量，使系統(tǒng)處于低能量、更加穩(wěn)定的狀態(tài)。

非晶體結(jié)晶化學(xué)條件

形成玻璃要避免析晶，過冷度大，冷卻速度快，防止成核并變大。

1、鍵參數(shù)。 主要從結(jié)晶化學(xué)角度，根據(jù)原子參數(shù)或鍵參數(shù)的大小來說明物質(zhì)形成非晶態(tài)的能力。

對(duì)于氧化物玻璃 ，一般認(rèn)為是一種無規(guī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從陽離子在構(gòu)成這一無規(guī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中可能起的作用，把它們分成了三類 ：

第一類本身可以構(gòu)成玻璃結(jié)構(gòu)，稱為玻璃網(wǎng)狀形成體。 如 B 、Si、Ge、P、Al；

第二類屬于起調(diào)整作用的，稱為網(wǎng)絡(luò)調(diào)整體，如Pb；

第三類的作用在前兩類之間。

這一 分類與場強(qiáng)z/a²（其中z為陽離子電荷，a 為正負(fù)離子間距 ) 、 單鍵強(qiáng)度 、 負(fù)電性之間的關(guān)系如圖《鍵參數(shù)與非晶態(tài)形成能力》所示：

定性地說 ，z/a²、單鍵強(qiáng)度、 負(fù)電性越大，形成玻璃能力越強(qiáng)。 這一規(guī)律雖然主要是從氧化物玻璃形成的經(jīng) 驗(yàn)中總結(jié)出來的，但是對(duì)指導(dǎo)金屬非晶態(tài)制備，也是有意義的。事實(shí)上，相 當(dāng)多的非晶態(tài)合金材料在摻入了如 Si、 P 之類元素之后更易于形成非晶態(tài)。

2、鍵型?；瘜W(xué)鍵的特性是決定物質(zhì)結(jié)構(gòu)的主要因素，也是影響非晶態(tài)結(jié)構(gòu)能否形成的主要因素。一般而言，具有極性共價(jià)鍵和半金屬共價(jià)鍵的元素才能形成非晶態(tài)。

一般正負(fù)離子的電負(fù)性差值約在1.5~2.5之間，其中正離子有極強(qiáng)的極化力。單鍵強(qiáng)度>335kJ.mol-1的化合物，在能量上有利于形成底配位數(shù)的原子團(tuán)結(jié)構(gòu)如[SiO₄]、[BO₃]，這些原子團(tuán)連接成鏈狀、層狀、或架狀，熔融時(shí)黏度很大，冷卻時(shí)分子團(tuán)聚集成無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)，傾向于形成非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。

非晶體動(dòng)力學(xué)條件

從結(jié)晶動(dòng)力學(xué)理論出發(fā)的討論，把非晶態(tài)的形成過程看成是成核率很小，或晶核長速度很小的過程，也就是 直接把晶體 長的成核、生長理論應(yīng)用于非晶態(tài)的形成。

非晶體又稱無定形體內(nèi)部原子或分子的排列呈現(xiàn)雜亂無章的分布狀態(tài)的固體稱為非晶體。 如玻璃、瀝青、松香、塑料、石蠟、橡膠等。非晶態(tài)固體包括非晶態(tài)電介質(zhì)、非晶態(tài)半導(dǎo)體、非晶態(tài)金屬。它們有特殊的物理、化學(xué)性質(zhì)。例如金屬玻璃（非晶態(tài)金屬）比一般（晶態(tài)）金屬的強(qiáng)度高、彈性好、硬度和韌性高、抗腐蝕性好、導(dǎo)磁性強(qiáng)、電阻率高等。這使非晶態(tài)固體有多方面的應(yīng)用。它是一個(gè)正在發(fā)展中的新的研究領(lǐng)域，得到迅速的發(fā)展。

晶體與非晶體之間在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化。例如，把石英晶體熔化并迅速冷卻，可以得到石英玻璃。將非晶半導(dǎo)體物質(zhì)在一定溫度下熱處理，可以得到相應(yīng)的晶體?？梢哉f，晶態(tài)和非晶態(tài)是物質(zhì)在不同條件下存在的兩種不同的固體狀態(tài)，晶態(tài)是熱力學(xué)穩(wěn)定態(tài)。

非晶體本質(zhì)區(qū)別

晶體有自范性，非晶體無自范性。

非晶體物理性質(zhì)

晶體是內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間成周期性重復(fù)排列的固體，具有長程有序，并成周期性重復(fù)排列。

非晶體是內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間不成周期性重復(fù)排列的固體，具有近程有序，但不具有長程有序。外形為無規(guī)則形狀的固體。

晶體有各向異性，非晶體多數(shù)是各向同性。晶體有固定的熔點(diǎn)，非晶體無固定的熔點(diǎn)，它的熔化過程中溫度隨加熱不斷升高。

非晶體微觀結(jié)構(gòu)

晶體和非晶體所以含有不同的物理性質(zhì)，主要是由于它的微觀結(jié)構(gòu)不同。

組成晶體的微粒——原子是對(duì)稱排列的，形成很規(guī)則的幾何空間點(diǎn)陣；空間點(diǎn)陣排列成不同的形狀，就在宏觀上呈現(xiàn)為晶體不同的獨(dú)特幾何形狀；組成點(diǎn)陣的各個(gè)原子之間，都相互作用著，它們的作用主要是靜電力；對(duì)每一個(gè)原子來說，其他原子對(duì)它作用的總效果，使它們都處在勢能最低的狀態(tài)，因此很穩(wěn)定，宏觀上就表現(xiàn)為形狀固定，且不易改變；晶體內(nèi)部原子有規(guī)則的排列，引起了晶體各向不同的物理性質(zhì)；如果外力沿平行晶面的方向作用，則晶體就很容易滑動(dòng)（變形），這種變形還不易恢復(fù)，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(fù)原，而沿其他方向則彈性限度很大，能承受較大的壓力、拉力而仍滿足虎克定律；當(dāng)晶體吸收熱量時(shí)，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(xiàn)為有不同的傳熱系數(shù)和膨脹系數(shù)。 而非晶體一般沒有這結(jié)構(gòu)。

非晶體X射線衍射實(shí)驗(yàn)

當(dāng)單一波長的X射線通過非晶體時(shí)，不會(huì)在記錄儀上看到分立的斑點(diǎn)或明銳的譜線，而同一條件下攝取的晶體圖譜中能看到分立的斑點(diǎn)或明銳的譜線。

當(dāng)晶體從外界吸收熱量時(shí)，其內(nèi)部分子、原子的平均動(dòng)能增大，溫度也開始升高，但并不破壞其空間點(diǎn)陣，仍保持有規(guī)則排列。繼續(xù)吸熱達(dá)到一定的溫度——熔點(diǎn)時(shí)，其分子、原子運(yùn)動(dòng)的劇烈程度可以破壞其有規(guī)則的排列，空間點(diǎn)陣也開始解體，于是晶體開始變成液體。

在晶體從固體向液體的轉(zhuǎn)化過程中，吸收的熱量用來一部分一部分地破壞晶體的空間點(diǎn)陣，所以固液混合物的溫度并不升高。當(dāng)晶體完全熔化后，隨著從外界吸收熱量，溫度又開始升高。而非晶體由于分子、原子的排列不規(guī)則，吸收熱量后不需要破壞其空間點(diǎn)陣，只用來提高平均動(dòng)能，所以當(dāng)從外界吸收熱量時(shí)，便由硬變軟，最后變成液體。2100433B

重點(diǎn)：

晶體的特點(diǎn)和性質(zhì)及晶體與非晶體的本質(zhì)區(qū)別

難點(diǎn)：

確定一個(gè)晶胞中平均所含粒子數(shù)的方法

1、知識(shí)與技能

（1）知道獲得晶體的幾種途徑

（2）理解晶體的特點(diǎn)和性質(zhì)及晶體與非晶體的本質(zhì)區(qū)別

（3）初步學(xué)會(huì)確定一個(gè)晶胞中平均所含粒子數(shù)的方法

2、過程與方法

（1）收集生活素材，結(jié)合已有知識(shí)和生活經(jīng)驗(yàn)對(duì)晶體與非晶體進(jìn)行分類

（2）學(xué)生通過觀察、實(shí)驗(yàn)等方法獲取信息

（3）學(xué)會(huì)運(yùn)用比較、分類、歸納、概括等方法對(duì)獲取的信息進(jìn)行加工

3、情感態(tài)度與價(jià)值觀

（1）培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的方法

（2）培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、觀察能力、自主學(xué)習(xí)的能力，保持對(duì)生活中化學(xué)的好奇心和探知欲，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。

晶體開始融化時(shí)的溫度叫做熔點(diǎn)。物質(zhì)有晶體和非晶體,晶體有固定熔點(diǎn),而非晶體則沒有固定熔點(diǎn)。晶體又因類型不同而熔點(diǎn)也不同。一般來說晶體熔點(diǎn)從高到低為,原子晶體>離子晶體>金屬晶體>分子晶體。在分子晶體中又有比較特殊的，如水、氨氣等。它們的分子間因?yàn)楹袣滏I而不符合“同主族元素的氫化物熔點(diǎn)規(guī)律性變化”的規(guī)律。

熔點(diǎn)是一種物質(zhì)的一個(gè)物理性質(zhì)。物質(zhì)的熔點(diǎn)并不是固定不變的，有兩個(gè)因素對(duì)熔點(diǎn)影響很大。

一是壓強(qiáng)，平時(shí)所說的物質(zhì)的熔點(diǎn)，通常是指一個(gè)大氣壓時(shí)的情況；如果壓強(qiáng)變化，熔點(diǎn)也要發(fā)生變化。熔點(diǎn)隨壓強(qiáng)的變化有兩種不同的情況。對(duì)于大多數(shù)物質(zhì)，熔化過程是體積變大的過程，當(dāng)壓強(qiáng)增大時(shí)，這些物質(zhì)的熔點(diǎn)要升高；對(duì)于像水這樣的物質(zhì)，與大多數(shù)物質(zhì)不同，冰熔化成水的過程體積要縮?。ń饘巽G、銻等也是如此）當(dāng)壓強(qiáng)增大時(shí)冰的熔點(diǎn)要降低。

另一個(gè)就是物質(zhì)中的雜質(zhì)，我們平時(shí)所說的物質(zhì)的熔點(diǎn)，通常是指純凈的物質(zhì)。但在現(xiàn)實(shí)生活中，大部分的物質(zhì)都是含有其它的物質(zhì)的，比如在純凈的液態(tài)物質(zhì)中溶有少量其他物質(zhì)，或稱為雜質(zhì)，即使數(shù)量很少，物質(zhì)的熔點(diǎn)也會(huì)有很大的變化，例如水中溶有鹽，熔點(diǎn)就會(huì)明顯下降，海水就是溶有鹽的水，海水冬天結(jié)冰的溫度比河水低，就是這個(gè)原因。飽和食鹽水的熔點(diǎn)可下降到約-22℃，北方的城市在冬天下大雪時(shí)，常常往公路的積雪上撒鹽，只要這時(shí)的溫度高于-22℃，足夠的鹽總可以使冰雪熔化，這也是一個(gè)利用熔點(diǎn)在日常生活中的應(yīng)用。

熔點(diǎn)實(shí)質(zhì)上是該物質(zhì)固、液兩相可以共存并處于平衡的溫度,以冰熔化成水為例,在一個(gè)大氣壓下冰的熔點(diǎn)是0℃,而溫度為0℃時(shí),冰和水可以共存,如果與外界沒有熱交換,冰和水共存的狀態(tài)可以長期保持穩(wěn)定。在各種晶體中粒子之間相互作用力不同,因而熔點(diǎn)各不相同。同一種晶體,熔點(diǎn)與壓強(qiáng)有關(guān),一般取在1大氣壓下物質(zhì)的熔點(diǎn)為正常熔點(diǎn)。在一定壓強(qiáng)下,晶體物質(zhì)的熔點(diǎn)和凝固點(diǎn)都相同。熔解時(shí)體積膨脹的物質(zhì),在壓強(qiáng)增加時(shí)熔點(diǎn)就要升高。