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    文摘报 2017年08月24日 星期四

    玻璃到底是固体还是液体

    《 文摘报 》( 2017年08月24日   07 版)

        固体有固定的形状,液体没有确定的形状;一部分固体拥有组织非常严密的原子结构,原子有规则地、周期性排列,而且这种规则有序的结构比较稳定。相比之下,液体中的原子排列则较为混乱,它们不规则地聚集在一起,原子的位置不断变化。

        而玻璃有形状且坚硬,具有固体的属性。但是其原子排列方式却与液体的无序排列如出一辙。也就是说,从表面上看,玻璃更像是固体,但内部原子排列却很像液体。

        有专家认为,自然界中的固体物质,按照其微观结构的特点,可大致分为两类:一类的原子或粒子排列整齐有序,就像阅兵式的方阵,即晶态固体;另一类的原子或粒子排列混乱无序,就像大街上熙熙攘攘的人群,即非晶态固体。而玻璃就是一种典型的非晶态固体。

        中国科学院物理研究所汪卫华院士则认为:“玻璃是原子运动得很慢的液体。液体的原子不停地在动,但玻璃里面的原子移动极其缓慢,要比一般液体中原子运动慢20-30个量级。”美国科学家菲利普·吉布斯也指出,从分子动力学和热力学的某些角度来说,玻璃可以看成是高黏度的液体,是无定形固体,或是既非液体也非固体的另一态。

        玻璃从液体转变为类似固体的玻璃态的过程也令人摸不着头脑。一些材料从液体变为固体时,其原子会以高度规则的模式进行排列,这种排列被称为“晶格”。也就是说,这些物质处于液体状态时,原子可以自由移动,然后在某个时刻原子会突然发现自己被困住了,于是一种有规则的晶格排列就形成了,这个过程被称为“晶化”。钢水在冷却变为固体钢的过程中,就发生了这种变化。

        从炽热的液体转变为玻璃的过程中,不断运动的玻璃原子并没有突然被困住,而是随着温度的下降速度逐渐放缓,最终这些原子仍呈现类似液体的那种不规则排列。

        虽然玻璃中的原子在一定程度上随机排列,但它们实际上要比表面看起来更为稳定。绝大多数原子可能被它们的“邻居”禁锢在一定位置。那么玻璃中的原子是如何缓慢运动的?换句话说,玻璃是怎样流动的呢?这也是凝聚态物理和材料科学的未解之谜。

        (《科技日报》8.18 陆成宽)

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