非晶体二氧化硅的结构

实验目的

认识非晶体SiO₂的微观结构,说出它与晶体SiO₂的区别。

实验原理

非晶体中粒子排列呈长程无序、短程有序。SiO₂中每个Si原子与4个O原子相连成四面体,每个O原子连接2个Si原子,但这些四面体连接的角度和方向不规则,不存在周期性重复的晶胞。因此非晶体没有固定熔点,物理性质各向同性。

实验器材

• 非晶体SiO₂三维结构模型
• Si原子
• O原子
• Si-O四面体单元
• 石英晶体结构(对照)

实验步骤

1. 旋转模型,整体观察原子的分布情况。
2. 找出一个Si原子,数出与它直接相连的O原子,确认是四面体结构。
3. 观察相邻四面体的连接方向,判断是否有规律地重复。
4. 尝试找出可重复的最小单元,体会无法划出晶胞。
5. 与晶体SiO₂对照,比较排列的有序程度。

实验现象与结论

局部上每个Si原子都被4个O原子包围,但整体看四面体的连接方向杂乱,找不到周期性重复的单元。结论:非晶体SiO₂短程有序、长程无序,与晶体SiO₂的结构不同。

常见问题

晶体SiO₂和非晶体SiO₂有什么区别?

组成相同。晶体中粒子周期性有序排列,有固定熔点;非晶体长程无序,无固定熔点。

为什么非晶体没有固定的熔点?

非晶体中粒子排列不规则,各处作用力不同,受热时是逐渐软化,而不是在某一温度下熔化。