【阅前提示】本篇出自『数理化自学丛书6677版』，此版丛书是“数理化自学丛书编委会”于1963-1966年陆续出版，并于1977年正式再版的基础自学教材，本系列丛书共包含17本，层次大致相当于如今的初高中水平，其最大特点就是可用于“自学”。当然由于本书是大半个世纪前的教材，很多概念已经与如今迥异，因此不建议零基础学生直接拿来自学。不过这套丛书却很适合像我这样已接受过基础教育但却很不扎实的学酥重新自修以查漏补缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我写的注解。

【资料图】

【山话嵓语】『数理化自学丛书』其实还有新版，即80年代的改开版，改开版内容较新而且还又增添了25本大学基础自学内容，直接搞出了一套从初中到大学的一条龙数理化自学教材大系列。不过我依然选择6677版，首先是因为6677版保留了很多古早知识，让我终于搞明白了和老工程师交流时遇到的奇特专业术语和计算模式的来由。另外就是6677版的版权风险极小，即使出版社再版也只会再版80年代改开版。我认为6677版不失为一套不错的自学教材，不该被埋没在故纸堆中，是故才打算利用业余时间，将『数理化自学丛书6677版』上传成文字版。

第六章固体的性质

【山话|| 本系列专栏中的力单位达因等于10⁻⁵牛顿；功的单位尔格等于10⁻⁷焦耳；热量的单位卡路里等于焦耳。另外这套老教材中的力的单位常用公斤，如今是不允许的，力是不能使用公斤为单位的。】

§6-1晶体和非晶体

【01】在前两章中，我们分别讨论了气体和液体的性质，并且已经知道气体很容易压缩，而液体却很难压缩，使液体的体积发生很小的改变，就需要很大的作用力；另一方面，气体和液体又都具有流动性，因此，气体和液体的外形都随着容器的形状而改变。

【02】在第一册中，我们已经学过一些关于固体的基本性质。现在，我们将对固体的性质作进一步的研究。首先看一下固体在外表特征上与气体和液体有什么区别。固体的体积很不容易压缩，这一点是跟液体相似的。而跟液体不同的地方是，使固体的形状发生很小的改变也需要用一定的力。因此，我们把具有一定体积和一定形状的物体叫做固体。例如把各种金属、石块、冰、砂糖、玻璃、蜡、松香等都称为固体。但是，由于它们性质上的差别，固体又可以分为晶体和非晶体两类。

【03】在常见的固体中，食盐、明矾、云母、硫酸铜等都是晶体；玻璃、松香、沥青、电木、蜂蜡等都是非晶体。

【04】在一般情况下，晶体的外表都具有有规则的几何形状。有些大的晶体我们用肉眼就能够看出，例如食盐、砂糖、硫酸铜、石英、金刚石等等；有些小的晶体要用显微镜才能看出，例如铜、铁以及其他金属。非晶体在外形上就没有这种特征，它们没有一定的形状。

【05】晶体的外形是多种多样的，从最简单的立方体（食盐）到非常复杂的多面体。图6·1所示是水晶的晶体群。

【06】晶体有时也会失去它的有规则的外形，这时就无法从外形上来判断它是不是晶体了。但是，不论晶体的外形怎样，它在各个方向上的物理性质（导热性、热膨胀、导电性、强度等等）是不同的。晶体的这种性质叫做各向异性。各向异性是晶体最基本的特征。

【07】晶体的各向异性在工程技术中已经得到了广泛的应用，例如硫化铅(PbS)晶体（俗称矿石）只允许电流沿一个方向通过，在相反的方向上电流就不能通过。这种晶体可以用在矿石收音机上，把天线接收到的交变电流转变成单向电流。

【08】通过下面的实验，我们能够清楚地看到晶体的这种特征。

【09】在一张云母片上，涂一层很薄的石蜡，拿一根烧红了的钢针的尖端接触云母片的反面。这时我们会看到，石蜡从接触点开始向周围熔化，熔化的石蜡呈椭圆形（图6·2），而不是圆形。这说明云母片晶体在各个方向上的导热性【更精确地讲，应该说传递内能的快慢在不同方向上是不一样的】不相同。

【10】如果用薄的玻璃片代替云母片重复上面的实验，我们就会看到，被熔化的石蜡是呈圆形的（图6·3）。这说明非晶体在各个方向上的导热性是相同的。实际上，不仅导热性，非晶体的一切物理性质在各个方向上都是相同的。非晶体的这种特征叫做各向同性。

【11】晶体的另一个重要的特征是有一定的熔点；非晶体就没有一定的熔点。这一问题在下一章中要详细地讨论。

【12】有时整个物体就是一个晶体，例如砂糖的小粒。这种物体叫做单晶体。大的单晶体的重量，如水晶可以达到几公斤以上。如果整个物体是由许多杂乱无章排列着的小晶体（晶粒）组成的，这样的物体就叫做多晶体。例如，所有的金属都是多晶体。用显微镜观察磨光了的金属材料的断面，就能够看到晶粒的杂乱排列。可是，有时晶粒是这样的细小，即使在倍数很高的显微镜下也不能看到。

【13】在多晶体里，由于晶粒的排列很不规则，所以在各个方向上的物理性质是相同的。这一点与非晶体相似。但是，多晶体仍有确定的熔点。

【14】虽然非晶体在某些方面是跟晶体相似的，例如松香被锤击时也会象晶体一样碎成许多小颗粒。但是，经过仔细的观察后发现，有些非晶体也具有液体的典型特征——流动性。例如，沥青块会很慢地沿着水平面流动；放在容器里的沥青块，经过较长的时间后会按照容器的形状分布。倒在漏斗里的许多小松香块，经过足够长的时间，就会并成一大块，形成一个水平表面，并且从漏斗孔里缓慢地流出。把重的物体（如铅丸）放在松香表面上，会慢慢地沉进松香里面去。放在松香内部的轻的物体（如软木塞）能够从下面浮起来。由于沥青、松香等非晶体具有这些性质，我们可以把它们看成是很粘厚的液体。

【15】有些非晶体，例如玻璃也具有一定的强度和硬度，但是利用伦琴射线对它们所进行的研究告诉我们，一切非晶体的分子构造与液体的分子构造相同。关于晶体的内部结构将在§6·2中详细讨论。

【16】近几年来，用途越来越广的各种塑料也是非晶体。

【17】常常出现这样的情况，同一种物质，在一定的条件下是晶体，在另一些条件下却变成了非晶体。例如，天然的石英是晶体，但经过熔融的石英（叫做熔凝石英或石英玻璃）就是非晶体。砂糖粒是晶体，而熔融后做成的水果糖就是非晶体。但是，所有这些非晶体物质都要逐渐显示出混浊现象（透明度减弱），这种混浊现象是由于石英玻璃和水果糖内部产生了细小的晶体的缘故。

【18】如果把晶体的硫加热，使之熔化，并且使它的温度超过 300°C，然后倒入冷水里，它就会变成柔软的非晶体硫。但经过一段时间后，非晶体硫又要变成晶体了。

【19】这些现象说明，非晶体是不稳定的，在适当情况下它会变成晶体。