1、液態(tài)與固態(tài)第六章6-1 固 體 構(gòu)成物質(zhì)的分子的聚合狀態(tài)稱聚集態(tài)，即物態(tài)。一、晶體與非晶體1、晶體具有規(guī)則的幾何外形。2、晶體具有各向異性特征。3、晶體有固定的熔點(diǎn)和溶解熱。二、晶體的微觀結(jié)構(gòu)與對(duì)稱性 表示晶體粒子所在位置的點(diǎn)為結(jié)點(diǎn)，結(jié)點(diǎn)的總體稱為空間點(diǎn)陣。三、晶體的結(jié)合鍵1、離子鍵 離子鍵相結(jié)合的單位是離子。離子晶體是正負(fù)離子構(gòu)成的一個(gè)整體，是由正、負(fù)離子排列形成的空間點(diǎn)陣，這樣的結(jié)合是最緊密的。2、共價(jià)鍵 共價(jià)鍵為原子鍵，具有定向性及飽和性，共價(jià)鍵組成的晶體為原子晶體。原子晶體強(qiáng)度大熔點(diǎn)高、升華熱高、導(dǎo)電性低、揮發(fā)性低。3、范德瓦爾斯鍵 范德瓦爾斯鍵為分子鍵，由范德瓦爾斯鍵組成的晶體為分子

2、晶體。分子之間范德瓦爾斯鍵很弱，故分子晶體硬度小、熔點(diǎn)低、易揮發(fā)。4、金屬鍵 金屬鍵無(wú)方向性，金屬中各粒子在排列上無(wú)嚴(yán)格要求，使金屬易于延展。金屬鍵的作用可以很強(qiáng)，因此金屬具有高熔點(diǎn)、高硬度和低揮發(fā)性四、晶體的熱學(xué)性質(zhì)1、升華熱 摩爾升華熱是把一摩爾固態(tài)物質(zhì)變?yōu)闅鈶B(tài)所吸收的熱量。對(duì)于分子晶體，其摩爾升華熱就等于晶體的摩爾結(jié)合能。即)(0,rUlmms-=2、固體的熱容 晶體的熱振動(dòng)在形式上與多原子分子的振動(dòng)十分類同，所不同的是組成晶體的粒子數(shù)取宏觀數(shù)量級(jí)。由于晶體處于靜止?fàn)顟B(tài)，它的平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)不必考慮，故 3NA 個(gè)自由度都是振動(dòng)自由度。晶體的摩爾內(nèi)能為 晶體的熱膨脹系數(shù)很小，定壓熱容與定體

3、熱容相差很小，以表示晶體的摩爾熱容。上式稱為杜隆珀替定律，僅適用于高溫范圍。 經(jīng)典能量均分定理應(yīng)用于晶體熱容的失敗，不僅反映在自由度的凍結(jié)上，也反映在它不能解釋在常溫下金屬中自由電子對(duì)熱容不作貢獻(xiàn)這一點(diǎn)上。對(duì)于這一反?，F(xiàn)象，量子統(tǒng)計(jì)能給予很好的解釋。3、固體的熱傳導(dǎo) 當(dāng)晶體的溫度不均勻時(shí)，由于振動(dòng)的相互關(guān)聯(lián)，在溫度高處振幅較大的粒子的能量要傳遞給鄰近的溫度較低的、振幅較小的粒子，使振幅發(fā)生變化，能量就從高溫向低溫傳遞。4、固體的熱膨脹 通常固體的線度及體積均隨溫度升高而增加這就是熱膨脹現(xiàn)象。當(dāng)溫度不大改變時(shí)，晶體單位長(zhǎng)度的改變量近似地和溫度改變量成正比 為線脹系數(shù)，在低于德拜溫度時(shí)， 隨溫度顯

4、著變化；遠(yuǎn)高于德拜溫度時(shí)， 是常數(shù)。在攝氏溫度 t 時(shí)的長(zhǎng)度為 固體的體積也隨溫度的改變而變化，其性質(zhì)由體膨脹系數(shù)決定。 晶體的熱膨脹現(xiàn)象是由晶格振動(dòng)的非簡(jiǎn)諧性產(chǎn)生的。宏觀上所看到的晶體線度由粒子振動(dòng)的平衡位置所決定，粒子振動(dòng)的平衡位置總是隨溫度的升高而逐漸偏向勢(shì)能曲線的右邊，因此粒子間的平均距離隨溫度的升高而增大。 格臨愛(ài)森定律指出，膨脹系數(shù)與固體比熱容成正比的關(guān)系。在低溫下小振幅振動(dòng)，膨脹系數(shù)趨于零，而固體熱容也趨于零。 除液晶外，液態(tài)與非晶態(tài)固體一樣均呈各向同性，這是液態(tài)的主要宏觀特性。6-2 液 體一、液體的微觀結(jié)構(gòu) 1、液體的短程有序結(jié)構(gòu) 液體分子不是具有嚴(yán)格周期性的密堆積，而 是一

5、種較為疏松的長(zhǎng)程無(wú)序、短程有序的堆積。2、液體分子的熱運(yùn)動(dòng) 液體分子也在平衡位置附近作振動(dòng)，但這種狀況僅能保持一短暫時(shí)間。由于漲落等因素，單元會(huì)被破壞，并重建新單元。二、液體的徹體性質(zhì) 非晶態(tài)固體可認(rèn)為是一種沒(méi)有流動(dòng)性的液體或是單元居留時(shí)間趨于無(wú)窮的液體。當(dāng)外力作用時(shí)間遠(yuǎn)小于居留時(shí)間時(shí)，液體也會(huì)發(fā)生彈性形變與斷裂。1、熱傳導(dǎo) 與非晶態(tài)固體相似，液體的熱傳導(dǎo)主要借助于分子間的振動(dòng)，與非金屬固體一樣，導(dǎo)熱系數(shù)很低。2、熱容3、非晶態(tài)固體與液體 液體的體膨脹系數(shù)比固體大得多，所以它的定壓熱容與定容熱容之差要比固體大，并且液體的熱容與溫度有關(guān)。 液體的擴(kuò)散系數(shù)介于固體與氣體之間，它的運(yùn)動(dòng)形式與氣體不同

6、。與固體一樣，液體中的分子越過(guò)勢(shì)壘的能量來(lái)源于熱運(yùn)動(dòng) ，液體的擴(kuò)散系數(shù)為Ed 為液體擴(kuò)散的激活能。3、擴(kuò)散 在液體分子從一個(gè)單元跳到另一單元的過(guò)程中，伴隨著舊單元的破壞和新單元的建立。平均每一分子在兩次跳動(dòng)之間的時(shí)間間隔就等于平均居留時(shí)間。它與擴(kuò)散系數(shù)成反比。 液體的黏性較氣體大，且隨溫度的升高而降低。液體的黏性與單元對(duì)分子的束縛力直接有關(guān)，這種束縛的強(qiáng)弱體現(xiàn)在單元中分子所在勢(shì)阱的深度Ed 的大小，而Ed 又決定平均居留時(shí)間。故平均居留時(shí)間越長(zhǎng)，流體的流動(dòng)性越小，則流動(dòng)性小的流體黏度大。3、黏性一、表面張力與表面能 1、表面張力 當(dāng)液體與另一介質(zhì)接觸時(shí)，在液體的表面上會(huì)產(chǎn)生一些與液體內(nèi)部不同的

7、性質(zhì)。表面張力是作用于液體表面上使液面具有收縮傾向的一種力。單位長(zhǎng)度上的表面張力為表面張力系數(shù)。以表示。 2、表面能與表面張力系數(shù) 分子力是一種保守力，外力克服表面層中分子力的合力所作的功等于表面層中分子引力勢(shì)能的增加，即表面自由能。6-3 液體的表面現(xiàn)象 表面張力系數(shù)就等于在等溫條件下增加單位面積液體表面所增加的表面自由能。表面張力是分子間吸引力的一種表現(xiàn)形式。 3、負(fù)表面能 當(dāng)兩種不同種類的液體相接觸時(shí)，一種液體表面層中分子力合力方向仍垂直向下，則它的表面能為正；而另一種液體表面的分子要上升進(jìn)入自身液體的內(nèi)部，需克服分子吸引力作功，即內(nèi)部的能量要比表面層的能量高，所以另一種液體具有負(fù)表面能

8、。 4、表面張力系數(shù)與溫度的關(guān)系 液體的表面張力系數(shù)與液體的表面積無(wú)關(guān)，而僅是溫度的函數(shù)。它隨溫度的升高而降低。 0 是 t = 0 時(shí)的表面張力系數(shù)； t ,是比該液體的臨界溫度 t C 低幾度的攝氏溫度，它為一常數(shù)。n 為一常數(shù)，介于1與2 之間。當(dāng) t , t t C 時(shí)，= 0 二、彎曲液面附加壓強(qiáng) 由于表面張力的存在，致使液面內(nèi)外存在的 壓強(qiáng)差為曲面附加壓強(qiáng)。 1、球形液面的附加壓強(qiáng) 考慮一半徑為的球形液滴，其曲面的表面張力大小與所產(chǎn)生的附加壓強(qiáng)分別為： 對(duì)于一個(gè)球形液膜，只要內(nèi)、外球面半徑相差很小，則膜內(nèi)壓強(qiáng)總比膜外壓強(qiáng)高出2、任意彎曲液面內(nèi)、外壓強(qiáng)差 對(duì)于球形液面 R1 = R2

9、 ，則 P = 2/ r ；對(duì)于柱形液面 R1 = R， R2 ，則 P =/R。 三、潤(rùn)濕與不潤(rùn)濕 毛細(xì)現(xiàn)象 潤(rùn)濕與不潤(rùn)濕現(xiàn)象的產(chǎn)生，主要是由于液體分子間的吸引力（內(nèi)聚力）與固體分子與液體分子間的相互吸引力（附著力）間的力量對(duì)比不同所引起的。 3、彈性曲面的附加壓強(qiáng) 半徑為 R 的彈性管腔或管狀彈性膜，設(shè)單位長(zhǎng)度的膜為 T。 當(dāng)內(nèi)聚 力大于附著力時(shí)，附著層內(nèi)較多的液體分子被吸引到液體內(nèi)部，附著層有收縮的傾向，呈現(xiàn)不潤(rùn)濕現(xiàn)象；當(dāng)附著力大于內(nèi)聚力時(shí)，分子在附著層中的勢(shì)能比在液體內(nèi)部時(shí)要低，更多的分子進(jìn)入附著層，使附著層有伸張的傾向即液體向固體面擴(kuò)展，呈現(xiàn)潤(rùn)濕現(xiàn)象。 1、接觸角 在固、液、氣三者共同相互接觸點(diǎn)處分別作液體表面的切線與固體表面的切線（其切線指向固液接觸面這一側(cè)），這兩切線通過(guò)液體內(nèi)部所成的角度就是接觸角。 =180為完全不潤(rùn)濕。 = 0為完全潤(rùn)濕；90 180為不潤(rùn)濕 ；