固态(晶体和非晶体)

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当物质分子热运动动能远小于分子间的相互作用势能时, 分子力作用上升到主要地位, 分子运动降到次要地位, 组成物质的粒子(分子、原子或离子)只能在各自的平衡位置附近作微小振动,这就是物质的固态。处于固态的物质称为固体。与液体相比, 固体物质结构有序程度增加, 对称性降低。
固态物质按其原子(或分子)的聚集状态而分为两大类: 晶体与非晶体。虽然我们看到自然界的许多晶体具有规则的外形(例如天然金刚石、结晶盐、水晶等), 但是, 晶体的外形不一定都是规则的, 这与晶体的形成条件有关。如果条件不具备, 其外形也就变得不规则。所以, 区别晶体和非晶体, 不能根据它们的外形, 而应以其内部的原子排列情况来确定。两者的根本区别是在三维空间中原子(或分子)的排列是否具有规则的周期性重复排列。

组成晶体的微观粒子在三维空间中作严格的有规律周期性排列。地球上晶态物质比比皆是, 类型繁多, 它们虽然在颜色、外形、比重、硬度、黏度、透明度、气味等方面不尽相同, 但具有最基本的共同特征。从宏观角度看, 外观上对应晶面的夹角恒等(即晶面角守恒); 物理性质(机械性能、导热性、导电性、磁性、折射率等)表现为各向异性。微观结构上最本质的特征是远程有序,即某种规则结构周期性地重复出现在晶体中。为了描述晶体点阵的这种周期性排列规律和特点, 可在其点阵种取出一个具有代表性的基本单元(通常是取一个最小的平行六面体)作为点阵的组成单元，这个基本单元称为晶胞。不同形状的晶胞就对应着不同的晶体, 共计14种。如图10所示的结构图, 是简单立方晶体, 其晶胞为立方体。 图11所示为紧密六方晶体的结构。

图10 简单立方晶体结构   

(a) 密排六方晶体钢球模型                 (b) 密排六方晶胞

(c) 密排六方晶胞旋转

非晶体的微观结构特征是近程有序(在极小范围内规则排列)而远程无序。如玻璃、塑料、沥青、玛瑙、琥珀等。

图12 晶体与非晶体的结构比较

图12是晶态与非晶态结构比较图, 从中可以看到, 非晶体实际上是晶格被破坏了的固体, 在整体上是无序的、无定形的。非晶体的近程有序结构与液体相似, 所以它又可以视为被“冻结”的无序结构, 或称“过冷”液体。非晶体的另一特征是物理性质各向同性。非晶态半导体在太阳能电池、复印材料、存储器件等方面都有广泛应用。玻璃态金属具有比一般金属好的弹性, 较高的电阻率和优异的防辐射性能, 可用于宇航、核反应堆和受控热核反应。"自旋玻璃"是研究神经网络功能所采用的模型。

非晶体在一定条件下可以转化为晶体。例如，玻璃经高温长时间加热后能形成晶态玻璃；通常呈晶态的物质，如果将它从液态快速冷却下来也可能得到非晶体。