第3章 第4节

第4节几类其他聚集状态的物质[学习目标定位]知道物质除有三种基本的聚集状态外，还有晶体、非晶体、液晶、纳米材料和等离子体等其他聚集状态，知道非晶体、液晶、纳米材料和等离子体的概念及结构与性质的关系。

一、非晶体、液晶1．非晶体(1)晶体与非晶体的最大区别在于物质内部的微粒能否有序地规则排列。

(2)非晶体的概念是内部原子或分子呈现杂乱无章的分布状态的固体。

玻璃、石蜡、沥青等物质内部微粒的排列是长程无序和短程有序。

它们没有晶体结构所具有的对称性、各向异性和自范性。

(3)某些非晶体的优异性能某些非晶态合金的强度和硬度高、耐腐蚀性好；非晶态硅对阳光的吸收系数比单晶硅大得多。

2．液晶(1)液晶的概念是物质在一定的温度范围内既具有液体的可流动性，又具有晶体的各向异性，人们形象地称这类物质为液态晶体，简称液晶。

(2)液晶在折射率、磁化率、电导率等宏观性质方面之所以表现出类似晶体的各向异性，是因为其内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出有序的排列。

(3)在施加电压时，液晶分子能够沿电场方向排列，而在移去电场之后，液晶分子又恢复到原来的状态，这就是电子手表和笔记本电脑上数字或图像得以显示的原因。

(1)晶体与非晶体必须是固体，二者本质的区别是物质内部的微粒能否有序地规则排列。

(2)液晶为液态晶体，既具有液体的可流动性，又具有晶体的各向异性。

例1玻璃是常见的非晶体，在生产、生活中有着广泛的应用，有关玻璃的说法错误的是()A．玻璃内部微粒排列是长程无序和短程有序的B．玻璃熔化时吸热，温度不断上升C．光纤和玻璃的主要成分都可看成SiO2，二者都是非晶体D．利用X射线衍射实验可以鉴别玻璃和水晶答案 C解析根据玻璃是非晶体知，构成玻璃的粒子的排列是长程无序和短程有序的，没有固定的熔点，A、B正确；区分晶体与非晶体最科学的方法是对固体进行X射线衍射实验，D正确。

例2下列有关液晶的叙述中不正确的是()A．具有液体的流动性、晶体的各向异性B．用来制造液晶显示器C．不是物质的一种聚集状态D．液晶分子聚集在一起时，其分子间的相互作用很容易受温度、压力和电场的影响答案 C解析由液晶的定义可知液晶是物质的一种聚集状态，C错误；这种在一定温度范围内既具有液体的流动性，又具有晶体的各向异性的物质称为液态晶体，简称液晶，所以A正确；液晶分子聚集在一起时，其分子间的相互作用很容易受温度、压力和电场的影响，这是液晶的性质，也可以用来解释为什么可以用液晶来做液晶显示器，所以B、D都正确。

易错警示液晶在一定范围内既具有液体的流动性，又具有晶体的各向异性。

是因为其内部分子沿分子长轴方向呈现出有序排列。

二、纳米材料和等离子体1．纳米材料(1)纳米材料实际上是指三维空间尺寸至少有一维处于纳米尺度的、具有特定功能的材料。

(2)纳米颗粒内部具有晶状结构，界面则为无序结构，因此纳米材料具有既不同于微观粒子又不同于宏观物体的独特性质。

(3)纳米材料在光、声、电、磁、热、力、化学反应等方面完全不同于由微米量级或毫米量级的结构颗粒构成的材料，例如，纳米陶瓷有极高的硬度，并在低温下显示出良好的延展性，纳米金属则成为绝缘体，且各种金属纳米颗粒几乎都是黑色，因此纳米金属材料可用于制作隐形飞机上的雷达吸收材料。

2．等离子体(1)等离子体是由大量带电微粒(离子、电子)和中性微粒(原子或分子)所组成的物质聚集体。

所谓等离子体就是正、负电荷总数大致相等的一堆离子。

(2)等离子体可通过高温、紫外线、X射线、γ射线等手段使气体转变为等离子体。

(3)等离子体中的微粒带有电荷且能自由运动，使等离子体有很好的导电性，加之有很高的温度和流动性，所以等离子体用途十分广泛。

例如，人们可以用等离子束来切割金属或代替手术刀进行外科手术。

(1)纳米材料由原子构成，只不过这些原子排列成了纳米量级(1～100 nm)的原子团，组成为纳米材料的结构粒子。

纳米材料包括金属、非金属、有机、无机和生物等多种粉末材料。

(2)等离子体常被称为“超气态”，是一种电离的气体，是物质的一种奇特的聚集状态，又被称为物质的第四态或等离子态。

例3纳米材料是21世纪最有前途的新型材料之一，世界各国对这一新材料给予了极大的关注。

纳米粒子是指直径为1～100 nm的超细粒子(1 nm＝10－9m)。

由于表面效应和体积效应，其常有奇特的光、电、磁、热等性质，可开发为新型功能材料。

有关纳米粒子的叙述不正确的是()A．因纳米粒子半径太小，故不能将其制成胶体B．一定条件下，纳米粒子可催化水的分解C．一定条件下，纳米TiO2陶瓷可发生任意弯曲，可塑性好D．纳米粒子半径小，表面活性高答案 A解析本题考查纳米材料的特点，题中涉及纳米材料这一新型材料，根据纳米粒子的大小，判断出其分散质粒子大小刚好处在胶体分散质大小的范围内，因此我们要结合胶体知识，并紧密联系题干中的有关知识进行分析、讨论。

规律总结纳米材料微粒直径在1～100 nm之间。

例4科学研究表明，宇宙中90%以上的物质以等离子体状态存在，其原因是大部分发光星球的内部温度和压力都很高。

下列说法中正确的是()A．只有在宇宙发光星球上才存在等离子体B．等离子体能吸收电磁波C．有些难于发生的化学反应，在等离子体化学反应过程中也不能发生D．等离子体是一种自然现象，不能人工得到答案 B解析在我们周围，等离子体也常常存在，如日光灯和霓虹灯的灯管里，A项错误；等离子体因含带电微粒而能吸收电磁波，因能量很高而能使难于发生的化学反应迅速发生，B项正确，C项错误；等离子体可以通过人工得到，D项错误。

几类其他聚集状态的物质比较1．下列叙述正确的是()A．食盐粉末为非晶体B．液体与晶体混合物叫液晶C．等离子体的外观为气态D．最大维度处于纳米尺度的材料叫纳米材料答案 C解析食盐粉末是由细小食盐晶体组成，保持食盐晶体的结构和性质特点，不是非晶体，故A项不正确；液晶是指外观为液态，但却有晶体的特性的物质，故B项不正确；等离子体是物质在气态的基础上进一步解离产生的气态带电微粒，故C项正确；纳米材料是指至少有一维为纳米级尺度的材料，故D项不正确。

2．下列关于纳米材料基本构成微粒的叙述中错误的是()A．三维空间尺寸必须都处于纳米级B．既不是微观粒子，也不是宏观物质C．是原子排列成的纳米数量级原子团D．是长程无序的一种结构状态答案 A解析纳米材料的基本构成微粒的尺度只需至少一维处于纳米级，A项叙述错误；纳米材料是短程有序而长程无序的一种结构状态，D项叙述正确；纳米材料的基本构成微粒处于纳米数量级，既不是微观粒子，也不是宏观物质，B、C两项叙述正确。

3．等离子体的用途十分广泛，运用等离子体来切割金属或者进行外科手术，其利用了等离子体的特点是()A．微粒带有电荷B．高能量C．基本构成微粒多样化D．准电中性答案 B解析切割金属或者进行外科手术，是利用了等离子体高能量的特点。

4．关于晶体和非晶体的叙述中错误的是()A．是物质的一种聚集状态B．金属形成的合金也有非晶体C．非晶体材料的所有性能都优于晶体材料D．某个固体在不同方向上的物理性质相同，它不一定是非晶体答案 C解析固体在不同方向上的物理性质相同，该固体可能是非晶体，也可能是其他类型聚集状态的物质，如纳米材料。

非晶体材料常常表现出一些优异性能，但并不能说所有性能都优于晶体。

5．下列关于物质特殊聚集状态的叙述中，错误的是()A．在电场存在的情况下，液晶分子沿着电场方向有序排列B．非晶体的内部原子或分子的排列杂乱无章C．液晶最重要的用途是制造液晶显示器D．由纳米粒子构成的纳米陶瓷有极高的硬度，但低温下不具有优良的延展性答案 D解析纳米粒子构成的纳米陶瓷在低温下具有良好的延展性。

[对点训练]题组1非晶体与液晶1．下列有关非晶体的描述不正确的是()A．非晶体和晶体均呈固态B．非晶体内部的微粒是长程无序和短程有序的C．非晶体结构无对称性、各向异性和自范性D．非晶体合金的硬度和强度一定比晶体合金的小答案 D解析晶体和非晶体均呈固态，A项正确；晶体与非晶体的最大区别在于物质内部的微粒是否有序地规则排列。

晶体之所以在合适的条件下可以自发地形成规则的几何外形，是因为其内部微粒在空间按一定规律做周期性重复排列而表现出长程有序，而非晶体内部的微粒是长程无序而短程有序，由于非晶体内部的微粒不能按一定规律做周期性重复排列，因而非晶体结构无对称性、各向异性和自范性，故B、C项均正确；非晶体材料常常表现出一些优异的性能。

例如，某些非晶态合金的强度和硬度比相应晶态合金的强度和硬度高5～10倍，故D 项不正确。

2．关于液晶，下列说法中正确的有()A．液晶是一种晶体B．液晶分子的空间排列是稳定的，具有各向异性C．液晶的化学性质与温度变化无关D．液晶的光学性质随外加电压的变化而变化答案 D解析本题考查液晶的结构和性质。

液晶的微观结构介于晶体和液体之间，虽然液晶分子在特定方向的排列比较整齐，且具有各向异性，但分子的排列是不稳定的，选项A、B错误；外界条件的微小变化都会引起液晶分子排列的变化，从而改变液晶的某些性质。

温度、压力、外加电压等因素变化时，都会改变液晶的光学性质，选项D正确。

3．某个固体在不同方向上的物理性质是相同的，那么它()A．一定是晶体B．一定是非晶体C．一定是多晶体D．不一定是非晶体答案 D解析晶体具有各向异性，A选项错误；固体在不同方向上的物理性质相同，该固体可能是非晶体，也可能是其他类型聚集状态的物质，如纳米材料。

综上所述，只有D选项合理。

4．下列物质的聚集状态属于晶体的是()A．立方体形的食盐颗粒B．长方体形的玻璃C．固体沥青D．纳米材料答案 A解析立方体形的NaCl属于晶体，它是通过结晶过程形成的长程有序的结构，故A正确；长方体形的玻璃只是将玻璃熔化后加工而成，其内部质点不是按一定规律有序排列的，所以不是晶体，B不正确；沥青是非晶体，C不正确；纳米材料是与晶体、非晶体均不同的结构状态，D不正确。

5．水的状态除了气、液和固态外，还有玻璃态。

它是由液态水急速冷却到165 K时形成的，玻璃态的水无固定形状，不存在晶体结构，且密度与普通液态水的密度相同。

有关玻璃水的叙述正确的是()A．水由液态变为玻璃态，体积缩小B ．水由液态变为玻璃态，体积膨胀C ．玻璃态水中氢键与冰不同D ．玻璃态水是分子晶体 答案 C解析 由于玻璃态的水与普通水密度相同，水由液态变为玻璃态时，体积不变，A 、B 不正确；玻璃态水中氢键与冰中不相同，冰中水分子间因氢键的形成而出现空洞造成体积膨胀，C 正确；玻璃态水不属于晶体，D 不正确。

题组2 纳米材料与等离子体6．下列关于纳米材料的叙述中正确的是( ) A ．包括纳米颗粒和颗粒间界面两部分 B ．纳米材料属于晶体 C ．纳米材料属于非晶体D ．同一种金属元素构成的纳米材料与宏观金属晶体具有完全等同的性质 答案 A解析 组成纳米材料的晶状颗粒内部的有序原子与晶粒界面的无序原子各约占原子总数的50%，从而形成与晶体、非晶体均不同的一种新的结构状态；同一种金属元素构成的纳米材料与宏观金属晶体具有差别很大的性质，如金的常规熔点为1 064 ℃，但2 nm 尺寸的金的熔点仅为327 ℃左右。