晶体结构和玻璃

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晶体结构和玻璃之间的区别

晶体结构 vs. 玻璃

晶体结构是指晶体的周期性结构。固体材料可以分为晶体、准晶体和非晶体三大类，其中，晶体内部原子的排列具有周期性，外部具有规则外形，比如钻石（图）。 Hauy最早提出晶体的規則外型是因为晶體内部原子分子呈規則排列，比如鑽石所具有的完美外形和優良光学性質就可以歸結為其内部原子的規則排列。20世紀初期，勞厄發明X射線衍射法，從此人們可以使用X射线來研究晶體内部的原子排列，其研究结果進而證實了Hauy的判斷。 晶體内部原子排列的具体形式一般稱之为晶格，不同的晶体内部原子排列稱為具有不同的晶格結構。各種晶格結構又可以歸納為七大晶系，各種晶系分别与十四種空間格（稱作布拉维晶格）相對應，在宏观上又可以归结为三十二种空间点群，在微观上可进一步细分为230个空间群。 对于晶体结构的研究是研究固体材料的宏观性质及各种微观过程的基础。專門研究分子結晶結構的科學稱為晶體學，經常應用在化學、生物化學與分子生物學。. 玻璃是一種呈玻璃態的无定形体，熔解的玻璃經過迅速冷卻（過冷）而成形，雖為固態，但各分子因沒有足夠時間形成晶體，仍凍結在液態的分子排布狀態。 玻璃一般而言是透明、脆性、不透氣、並具一定硬度的物料。最常見的玻璃是，包括75%的二氧化硅（SiO2）、由碳酸鈉中製備的氧化鈉（Na2O）以及氧化鈣（CaO）及其他添加物。玻璃在日常环境中呈化学惰性，亦不會與生物起作用。玻璃一般不溶于酸（例外：氢氟酸与玻璃反应生成SiF4，从而导致玻璃的腐蚀）；但溶于强碱，例如氫氧化銫。 因為玻璃透明的特性，因此有許多不同的應用，其中一個主要應用是作建築中的透光材料，一般是在牆上窗戶的開口安裝小片的玻璃（玻璃窗），但二十世紀的許多大樓會用玻璃為其側面的包覆，即玻璃幕牆大樓，這種現代的玻璃已經具有防破裂的能力而被廣為應用，更新款的加入防鳥類撞擊的設計。玻璃可以反射及折射光線，而且藉由切割或是拋光，可以提昇其反射或折射的能力，因此可以作透鏡、三棱鏡、其至高速傳輸用的光纖。玻璃中若加入金屬鹽類，其顏色會改變，玻璃本身也可以上色，因此可以用玻璃製作藝術品，包括著名的花窗玻璃。 玻璃雖然容易脆斷，但非常的耐用，在早期的文化遺址中都發現許多玻璃的碎片。因為玻璃可以形成或模製成任何的形狀，而且本身是無菌的，因此常用來作為容器，包括碗、花瓶、瓶子、玻璃杯，尤其成本低廉，適合大量生產。堅硬的玻璃也常作為紙鎮、彈珠等。若將玻璃嵌入有機塑料中，是複合玻璃纤维中的重要的加固材料。 在科學上，玻璃的定義較為廣泛，是指加熱到液態時會出現玻璃轉化的无定形固體。有許多材料都符合這類玻璃的條件，包括一些金屬合金、離子鹽類、水溶液及聚合物。在包括瓶子及眼鏡的許多應用中，聚合物玻璃（如壓克力、聚碳酸酯及PET）的重量較輕，可以取代傳統的矽玻璃。 玻璃在中國古代亦稱琉璃，日語漢字以硝子代表。.

固体

固體是物質存在的一種狀態，是四種基本物质状态之一。與液體和氣體相比，固體有固定的體積及形狀，形狀也不會隨著容器形狀而改變。固體的質地較液體及氣體堅硬，固體的原子之間有緊密的結合。固體可能是晶体，其空間排列是有規則的晶格排列（例如金屬及冰），也可能是無定形體，在空間上是不規則的排列（例如玻璃）。一般而言，固体是宏观物体，一个物体要达到一定的大小才能夠被称为固体，但是对其大小無明确的规定。 物理學中研究固體的分支稱為固体物理学，是凝聚态物理学的主要分支之一。材料科学探討各種常見固體的物理及化學特性。固體化學研究固體結構、性質、合成、表徵等的一門化學分支，也和一些固體材料的化學合成有關。.

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銀

银（silver）是一种化学元素，化学符号Ag（来自argentum），原子序数47。银是一种柔软有白色光泽的过渡金属，在所有金属中导电率、导热率和反射率最高。銀在自然界中的存在方式有纯净的游离态单质（自然银），与金等其他金属的合金，还有含银矿石（如辉银矿和角银矿）。大部分银都是精炼铜、金、铅和锌的副产品。 银不易受化學藥品腐蝕，长久以来被视为贵金属。银比金来源更丰富，在现代以前的货币体系中作为硬币使用，有时甚至和金一道使用。除了货币之外，银的用途还有太阳能电池板、净水器、珠宝和装饰品、高价餐具和器皿（银器），银币和还可用于投资。银在工业上用于和导体、特制镜子、窗膜和化学反应的催化剂。银的化合物用于胶片和X光。稀硝酸银溶液等银化合物会产生，可以消毒和消灭微生物，用于绷带、伤口敷料、导管等医疗器械。.

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钴

钴是一种化学元素，符号为Co，原子序数27，属过渡金属，铁系元素之一，具有磁性。鈷礦主要為砷化物、氧化物和硫化物。此外，放射性的鈷-60同位素可進行癌症治療。.

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钛

鈦是化學元素，化學符號Ti，原子序數22，是銀白色過渡金屬，其特徵為重量輕、強度高、具金屬光澤，亦有良好的抗腐蝕能力（包括海水、王水及氯氣）。由于其稳定的化学性质，良好的耐高温、耐低温、抗强酸、抗强碱，以及高强度、低密度，常用來製造火箭及太空船，因此獲美誉为“太空金属”。鈦於1791年由格雷戈爾於英國康沃爾郡發現，並由克拉普羅特用希臘神話的泰坦為其命名。 钛被认为是一种稀有金属，这是由于在自然界中其存在分散并难于提取。但其相对丰度在所有元素中居第十位。鈦的礦石主要有鈦鐵礦及金紅石，廣佈於地殼及岩石圈之中。鈦亦同時存在於幾乎所有生物、岩石、水體及土壤中。從主要礦石中萃取出鈦需要用到克羅爾法或亨特法。鈦最常見的化合物是二氧化鈦，可用於製造白色顏料。其他化合物還包括四氯化鈦（TiCl4，作催化劑及用於製造煙幕或）及三氯化鈦（TiCl3，用於催化聚丙烯的生產）。 鈦能與鐵、鋁、釩或鉬等其他元素熔成合金，造出高強度的輕合金，在各方面有着廣泛的應用，包括宇宙航行（噴氣發動機、導彈及航天器）、軍事、工業程序（化工與石油製品、海水淡化及造紙）、汽車、農產食品、醫學（義肢、骨科移植及牙科器械與填充物）、運動用品、珠寶及手機等等。 鈦最有用的兩個特性是，抗腐蝕性，及金屬中最高的強度－重量比。在非合金的狀態下，鈦的強度跟某些鋼相若，但卻還要輕45%。有兩種同素異形體和五種天然的同位素，由46Ti到50Ti，其中豐度最高的是48Ti（73.8%）。鈦的化學性質及物理性質和鋯相似，這是因為兩者的價電子數目相同，並於元素週期表中同屬一族。.

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铅

铅（Plumbum，化学符号：Pb）為化学元素，原子序数82。铅是柔軟和展性強延性不佳的弱金属，有毒，也是重金属。铅原本的顏色為青白色，在空气中表面很快被一层暗灰色的氧化物覆盖。可用於建筑、铅酸充电池、弹頭、炮弹、銲接物料、釣魚用具、漁業用具、防輻射物料、奖杯和部份合金，例如電子焊接用的鉛錫合金。.

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锡

锡是一种化学元素，其化学符号是Sn（拉丁语Stannum的缩写），它的原子序数是50。它是一种主族金属。纯的锡有银灰色的金属光泽，它拥有良好的伸展性能，它在空气中不易氧化，它的多种合金有防腐蚀的性能，因此它常被用来作为其它金属的防腐层。锡的主要来源是它的一种氧化物矿物锡石（SnO2），盛產於中國雲南、馬來西亞等地。.

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金

金（gold）是化学元素，化学符号Au（来自aurum），原子序数79。纯金是有明亮光泽、黄中带红、柔软、密度高、有延展性的金属。金在元素周期表中在11族，属过渡金属，是化学性质最不活泼的几种元素之一。金在标准状况下是固体，在自然界中常以游离态单质形式（自然金）存在，如岩石、地下及沖積層中堆积的砂金或金粒。金能和游离态的银形成固溶体琥珀金，在自然界中也能和铜、钯形成合金。矿物中的金化合物不太常见，主要是碲化金。 金的原子序数在宇宙中天然存在的元素中是较高的。据信这种重元素是在两颗中子星碰撞时的超新星核合成中产生，在太阳系形成前的尘埃中就已存在。由于地球形成之初还处于熔化状态，的金几乎都已沉入地核。因此，现在地球上地壳和地幔的金多是拜后来后期重轰炸期（约40亿年前）的小行星撞击事件所赐。 金能抵抗单一酸的侵蚀，但却能被王水溶解（“王水”因此得名）。这种混合酸能和金反应生成四氯合金酸根离子。金也能溶于碱性氰化物溶液，这是其开采和电镀的原理。能夠溶解銀及卑金屬的硝酸不能溶解金，这些性質是黃金精煉技術的基础，也是用硝酸来鉴别物品裡是否含有金的原理，这一方法是英語諺語「acid test」的語源，意指用「測試黃金的標準」来測試目標物是否名副其實。此外，金能溶于水銀，形成汞齊（也是一种合金），但这并非化学反應。 金在有历史记载以前就是一種廣受歡迎的貴金屬，用于貨幣、保值物、珠寶和艺术品。以前国内和国际通常实行以金为基础的金本位货币制度，但1930年代时金币已停止流通。70年代，随着布雷頓森林協定的结束，世界范围内的金本位制终于让位给法定货币制度。不过因其稀有，易于熔炼、加工和铸币，色泽独特，抗腐蚀，不易和其他物质反应等特点，金的价值不减。 底，人类总共开采18.36万公噸（相当于9513立方米）的金。 产量中的50%用于珠宝，40%用于投资，还有10%用于工业。 因其高延展性，抗腐蚀性，在大多数反应中的惰性和导电性，金一直在各类电子设备中用作耐腐蚀的电子连接器，这是它的主要工业用途。此外它还用于屏蔽红外线，生产和金箔，以及修补牙齿。有些金盐在医学上仍作为消炎药使用。.

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镍

是一種化學元素，化學符號為Ni，原子序數為28。它是一種有光澤的銀白色金屬，其銀白色帶一點淡金色。鎳屬於過渡金屬，質硬，具延展性。純鎳的化學活性相當高，這種活性可以在反應表面積最大化的粉末狀態下看到，但大塊的鎳金屬與周圍的空氣反應緩慢，因為其表面已形成了一層帶保護性質的氧化物。即使如此，由於鎳與氧之間的活性夠高，所以在地球表面還是很難找到自然的金屬鎳。地球表面的自然鎳都被封在較大的鎳鐵隕石裏面，這是因為隕石在太空的時候接觸不到氧氣的緣故。在地球上，這種自然鎳總會和鐵結合在一起，這點反映出它們都是超新星核合成主要的最終產物。一般認為地球的地核就是由鎳鐵混合物所組成的。 鎳的使用（天然的隕鎳鐵合金）最早可追溯至公元前3500年。阿克塞尔·弗雷德里克·克龙斯泰特於1751年最早分離出鎳，並將它界定為化學元素，儘管他最初把鎳礦石誤認為銅的礦物。鎳的外語名字來自德國礦工傳說中同名的淘氣妖精（Nickel，與英語中魔鬼別稱"Old Nick"相近），這是由於鎳銅礦不能用煉銅的方法煉出銅來，所以被比擬成妖魔。鎳最經濟的主要來源為鐵礦石褐鐵礦，含鎳量一般為1-2%。鎳的其他重要礦物包括硅鎂鎳礦及鎳黃鐵礦。鎳的主要生產地包括加拿大的索德柏立區（一般認為該處是隕石撞擊坑）、太平洋的新喀里多尼亞及俄羅斯的諾里爾斯克。 由於鎳在室溫時的氧化緩慢，所以一般視為具有耐腐蝕性。歷史上，因為這一點鎳被用作電鍍各種表面，例如金屬（如鐵及黃銅）、化學裝置內部及某些需要保持閃亮銀光的合金（例如鎳銀）。世界鎳生產量中的約6%仍被用於抗腐蝕純鎳電鍍。鎳曾經是硬幣的常見成份，但現時這方面已大致上被較便宜的鐵所取代，尤其是因為有些人的皮膚對鎳過敏。儘管如此，英國還是在皮膚科醫生的反對下，於2012年開始再使用鎳鑄造錢幣。 只有四種元素在室溫時具有鐵磁性，鎳就是其中一種。含鎳的鋁鎳鈷合金永久磁鐵，其磁力強度介乎於含鐵的永久磁鐵與稀土磁鐵之間。鎳在現代世界的的地位主要來自於它的各種合金。全世界鎳產量中的約60%被用於生產各種鎳鋼（特別是不鏽鋼）。其他常見的合金，還有一些的新的高溫合金，就幾乎就佔盡了餘下的世界鎳用量。用於製作化合物的化學用途只佔了鎳產量的不到3%。作為化合物，鎳在化學製造有好幾種特定的用途，例如作為氫化反應的催化劑。某些微生物和植物的酶用鎳作為活性位點，因此鎳是它們重要的養分。.

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X射线

--（X-ray），又被称为爱克斯射线、艾克斯射线、伦琴射线或--，是一种波长范围在0.01纳米到10纳米之间（对应频率范围30 PHz到30EHz）的电磁辐射形式。X射线最初用于医学成像诊断和X射线结晶学。X射线也是游離輻射等这一类对人体有危害的射线。 X射線波長範圍在較短處與伽馬射線較長處重疊。.

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氧化物

氧化物，是负价氧和另外一个化學元素組成的二元化合物，例如氧化鐵（Fe2O3）或氧化鋁（Al2O3），通常經由氧化反應產生。氧化物在地球的地殻極度普遍，而在宇宙的固體中也是如此。 氧离子（O2−）是氢氧根（OH−）离子的共轭碱，存在某些氧化物离子晶体中。自由的氧离子具强碱性（pKb ~ -22），在水溶液中是不稳定的。 氧化物中的氧元素应该呈负氧化态。如果含氧二元化合物中的氧为正氧化态，例如二氟化二氧（O2F2）和二氟化氧（OF2），则它们一般称为氟化物，而非氧化物。.

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无定形体

无定形体，或称非晶体、非晶形固體，是其中的原子不按照一定空间顺序排列的固体，与晶体相对应。常见的无定形体包括玻璃和很多高分子化合物如聚苯乙烯等。只要冷却速度足够快，任何液体都会过冷，生成无定形体。其中，原子尚未排好在热力学上有利的晶态中的晶格或骨架便已失去运动速度，但仍保留有液态时原子的大致分布。 由于熵的缘故，即使冷却速度很慢，很多聚合物仍会生成无定形体。.

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晶体

晶体是原子、离子或分子按照一定的周期性，在结晶过程中，在空间排列形成具有一定规则的几何外形的固体。 晶体的分布非常广泛，自然界的固体物质中，绝大多数是晶体。气体、液体和非晶物质在一定的合适条件下也可以转变成晶体。 晶体内部原子或分子排列的三维空间周期性结构，是晶体最基本的、最本质的特征，并使晶体具有下面的通性：.

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