科學(xué)在線：為什么水會(huì)結(jié)冰，而二氧化硅會(huì)形成玻璃？
所屬分類(lèi)： 行業(yè)新聞
發(fā)布時(shí)間：2023-07-17
每個(gè)人都知道水在攝氏零度結(jié)冰，然而水的“表哥”二氧化硅，在冷卻的過(guò)程中表現(xiàn)出不穩(wěn)定的行為，液態(tài)硅冷卻時(shí)，它的原子不能排列成有序晶體。產(chǎn)生的凝固的物質(zhì)——機(jī)械的固體，但顯微鏡下的液體——是一個(gè)玻璃。
水由單個(gè)的H2O分子組成，由強(qiáng)共價(jià)鍵結(jié)合而成，但通過(guò)較弱的氫鍵相互作用。水的穩(wěn)定分子結(jié)構(gòu)限制了原子的自由，導(dǎo)致水的定向性高。然而二氧化硅沒(méi)有分子形態(tài)，原子以一種較不定向的方式結(jié)合，導(dǎo)致方向性差。
二氧化硅是地球上***豐富的化合物之一，所以它對(duì)玻璃形成的偏好有著重大的影響。在某些方面，二氧化硅和水是相同的，它們具有相似的四面體對(duì)稱(chēng)的協(xié)調(diào)幾何，而且它們都顯示出在一定溫度下變低密度的異常傾向，但在加壓的時(shí)候會(huì)有更多的液體。
水和硅之間的宏觀差異起源于微觀世界的結(jié)合，希望將這一原理推廣到其他物質(zhì)，如液態(tài)碳和硅，它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上與水和硅類(lèi)似。***終的目標(biāo)是發(fā)展出一個(gè)關(guān)于玻璃形成者與晶體形成者的不同之處的一般理論，而這是迄今為止科學(xué)家們一直未能做到的。
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