什么是晶体?（高中化学）

题目

什么是晶体?（高中化学）

答案

物质是由原子、分子或离子组成的.当这些微观粒子在三维空间按一定的规则进行排列,形成空间点阵结构时,就形成了晶体.因此,具有空间点阵结构的固体就叫晶体.事实上,绝大多数固体都是晶体.不过,它们又有单晶体和多晶体之分.所谓单晶体,就是由同一空间点阵结构贯穿晶体而成的；而多晶体却没有这种能贯穿整个晶体的结构,它是由许多单晶体以随机的取向结合起来的.例如,飞落到地球上的陨石就是多晶体,其主要成份是由长石等矿物晶体组成的.而食盐的主要成份氯化钠（NaCl）却是一种常见的单晶体,它是由钠离子（Na+）和氯离子（Cl－）按一定规则排列的立方体所组成,从大范围（即整个晶体）来看,这种排列始终是有规则的.因此,我们平常所看到的食盐颗粒都是小立方体.又如钻石,它是由碳原子在大范围内按一定的规则排列而成的晶体,人们常常在它的外表面加工出许多小面,使它变成多面体,由于它具有很高的折射率,又是透明的,所以,在阳光照射下,它对光线产生强烈的反射和折射,发出闪烁的光辉.值得注意的是,在晶体中,这样晶莹透明的有很多,但是,并不是所有透明的固体都是晶体,如玻璃就不是晶体.为什么呢?这是因为,组成玻璃的微观粒子只是在一个很小的范围内作有规则的排列,而从大范围来看,它们的排列是不规则的,因此,玻璃不是晶体.
自然界中形成的晶体叫天然晶体,而人们利用各种方法生长出来的晶体则叫人工晶体.目前,人们不仅能生长出自然界中已有的晶体,还能制造出许多自然界中没有的晶体.人们发现,晶体的颜色五彩纷呈,从红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫到各种混合颜色,简直应有尽有,令人目不暇接.不过,更加令人惊奇的是,晶体不仅美丽,还有许多重要的用途呢!
比如说激光晶体.这是一种非常重要的晶体,它吸收足够的能量之后能发出一种特殊的强光,我们叫它"激光",所以这种晶体叫做激光晶体.目前,人们已研制出数百种激光晶体.其中,红宝石晶体是最引人注目的一种.这是因为,有一位美国科学家Maiman,曾在1960年利用这种晶体获得了一项举世瞩目的重大科学成就--研制出世界上第一台激光器.今天,这些激光晶体在军事技术、宇宙探索、医学、化学等众多领域内都已得到了广泛的应用.例如,激光电视、激光彩色立体电影、激光雷达、激光手术刀等都是激光晶体在这些领域内成功应用的结果.又如水中通信,由于海水对红光产生强烈的吸收,而对蓝绿光则吸收得较少,因此,蓝绿光在海水中能够传播较远的距离.利用这一特性,人们就可以利用激光晶体产生的蓝绿光进行水中通信和探索.
另一种重要的晶体恐怕要属半导体晶体了.这是因为,由半导体晶体硅和锗做成的各种晶体管,取代了原来的电子管,在无线电子工业上有着极其广泛的应用,由于它们的出现,电子产品的体积大大减少,成本大幅度降低.可以说,没有半导体晶体,就没有无线电子工业的飞速发展,我们今天就不可能拥有随身听、超薄电视和笔记本电脑等体积小巧、携带方便的电子产品了.此外,光纤通讯技术也离不开半导体晶体.利用这种晶体做光源,人们就能在一根头发丝般的光导纤维中传递几十万路电话或几千路电视,从而大大提高了信息传递的数量和质量.试想,如果没有这些半导体晶体,我们怎能看到高清晰度的电视,又怎能清楚地听到从遥远的大洋彼岸传来的亲人的声音呢?
不过,在众多性能之中,最奇妙的当属光折变效应了.具有这种效应的晶体叫光折变晶体.那么,这是怎样一种效应呢?原来,当外界微弱的光照到这种晶体上时,晶体的折射率会发生变化,形成极为特殊的折射率光栅.凭借这种光栅,晶体便成为神通广大的"齐天大圣",向人们演示出种种不可思议的奇妙现象：它可以在3cm3的体积中存储5000幅不同的图像,并可以迅速显示其中任意一幅；它可以把微弱的图像亮度增强1000倍；它可以精密地探测出小得只有10-7米的距离改变；它可以使畸变得无法辨认的图像清晰如初；它可以滤去静止不变的图像,专门跟踪刚发生的图像改变；它还可以模拟人脑的联想思维能力!因此,这种奇妙的晶体一经发现,便引起了人们的极大兴趣.目前,它已发展成一种新颖的功能晶体,向人们展示着良好的应用前景.
此外,还有许多晶体,如电光晶体、声光晶体、压电晶体、热释电晶体、磁性晶体、超硬晶体等,它们在不同的技术领域中也起着重要的作用,在此就不一一列举了.不过,值得一提的是,近年来,随着光子晶体和纳米晶体的出现和发展,掀起了微观晶体的研究热潮,使人类认识达到了一个新的层次.可以相信,不久的将来我们将拥有更多、更奇妙的晶体.