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结晶固体

结晶固体,用来制作工业用的晶体的技术之一,是从熔液中生长。种晶可用来促进单晶体的形成。

用来制作工业用的晶体的技术之一,是从熔液中生长。种晶可用来促进单晶体的形成。在这个工序里,种晶降落到装有熔融物质的容器中。种晶周围的熔液冷却,它的分子就依附在种晶上。这些新的晶体分子承接种晶的取向,形成了一个大的单晶体。蓝宝石红宝石的基本成分是氧化铝,它的熔点高,制成一个盛装它的熔液的容器是困难的。人工合成蓝宝石和红宝石是用维尔纳叶法(焰熔法)制成,即将氧化铝粉和少量上色用的粉,通过火焰下滴到种晶上。火焰将粉熔解,然后在种晶上重新结晶。

生产人造钻石需要高于1600℃的温度和60000倍大气压。人造钻石颗粒小且黑,它们适宜工业应用。区域熔化过程用来纯化半导体工业中的硅晶体:一个单晶体垂直悬挂在硅棒的顶端上,在两者接触处加热,棒的顶端熔化,并在单晶体上重结晶,然后将加热处慢慢地沿棒下移。

晶体的一些性质取决于将分子联结成固体的结合力(原子之间的吸引力)。这些力通常涉及原子或分子的最外层的电子(或称价电子)的相互作用。如果结合力强,晶体有较高的熔点。如果它们稍弱一些,晶体将有较低的熔点,也可能较易弯曲和变形。如果它们很弱,晶体只能在很低温度下形成,此时分子可利用的能量不多。

四种主要的晶体键。离子晶体正离子负离子构成,靠不同电荷之间的引力结合在一起。氯化钠是离子晶体的一例。共价晶体的原子或分子共享它们的价电子。钻石是重要的共价晶体。金属的原子变为离子,被自由的价电子所包围,它们能够容易地从一个原子运动到另一个原子。当这些电子全在同一方向运动时,它们的运动称为电流分子晶体的分子完全不分享它们的电子。它们的结合是由于从分子的一端到另一端电场有微小的变动。因为这个结合力很弱,这些晶体在很低的温度下就熔化。典型的分子结晶如固态氧和冰。

在离子晶体中,电子从一个原子转移到另一个原子。共价晶体的原子分享它们的价电子。金属原子释放一些电子在四周自由地运动,分子晶体中每个分子的一端有少量的负电荷,另一端有少量的正电荷。一个弱的电引力使分子就位。

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