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什么是晶体?

书名:令人着迷的化学作者名:左卷健男本章字数:1184更新时间:2024-06-14 14:08:55

用食盐水来做个实验吧

将食盐水倒入一个平坦的器皿中,静置,让里面的水分自然蒸发。你会发现,从食盐水的边缘开始出现白色大颗粒。让我们用放大镜来观察一下这些大颗粒吧。你们看到立方体结构了吗?那就是溶解在水中的食盐变成晶体后的样子呢。晶体,是构成物质的微粒按一定空间次序排列而成的固体,具有规则的外形。物质从溶液中以晶体的形式析出的过程,就叫结晶。溶解于水之前,食盐是白色的细小颗粒。那么,食盐的晶体和没溶解之前的食盐,是两种不同的东西吗?晶体到底是什么呢?今天我们就来聊一聊晶体。

除了食盐,还有各种各样的物质也可以溶解在水里。这些物质,基本上都可以通过让水蒸发、让温度降低之类的方法来获得它们的晶体。把固体放到水里进行溶解的时候,水越多,可以溶解的固体就越多;水越少,能够溶解的固体就越少。所以,我们用较多的水来溶解固体,蒸发之后水量变少了,溶解变难,固体就会重新出现。或者,不用改变水量也可以,我们可以把水温升高。一般来说,水温越高,溶解的固体就越多。把一定量的固体溶解在热水中,再让热水冷却下来,此时溶解变难,固体就出现啦。

接下来,我们来看看为什么食盐之类的小颗粒或者粉末状固体溶解以后再变成固体时,不会恢复到原来的形状,而是成为晶体呢。

晶体其实是一群听到“向前看齐”口令的“孩子”

让我们从微观的视角来看看食盐在水中溶解时的样子吧。食盐溶解在水中后,组成它的微粒在水里面处于零零散散的状态。要是有足够多的水让这些微粒可以在里面尽情扩散的话,它们就不会聚到一起了。相反,经过蒸发,水越来越少,这些微粒就无法继续溶解在水中,而会相互吸引聚集在一起。它们整齐地排好队,然后凝结成块,这就形成了晶体。

如果把食盐粒比喻成孩子的话,在水中溶解时的食盐粒就像下课后在体育馆里玩捉迷藏的孩子,它们在自由自在地活动。当水经过蒸发出现晶体的时候,这群孩子仿佛听到了老师发出的“向前看齐”的口令,立即调整自己的状态,横平竖直地排列起来,最后就变成了有规则形状的固体。

“慢慢来”是结晶的关键

食盐粒集合到一起的样子,就好像搭积木玩具一样。将积木凹的部分和凸的部分摁在一起,就可以把两块积木拼接起来了,而积木表面平滑的部分是无法拼接在一起的。食盐粒想要连接在一起,也得分容易连接的方向和不容易连接的方向。正是因为这个特点,当食盐粒越结越多的时候,我们会发现,在一些固定的方向上食盐粒会比较多地排列在一起,变成骰子一样的形状。物质种类不同,小颗粒们连接起来的走向也是各式各样的。所以,我们通过观察晶体的形状,也可以判断这个东西到底是什么。

当水分慢慢地蒸发掉,水里摇摇晃晃地漂浮着的小颗粒,会向最开始出现的一些小晶体周围聚集,然后慢慢变成了一大块晶体。这时,如果通过加热来让水分快速蒸发的话,不仅不会形成大晶体,反而会出现很多小晶体。最开始溶解在水中的食盐颗粒,实际上就是由很多特别小的晶体集合而成的。