为什么水晶有规则的外形

生活中人们喜欢用耀眼夺目的水晶做装饰品，主要是因为天然水晶具有规则的外形，大都为方尖锥形，晶莹剔透并呈现多姿多彩。如果拿放大镜观察我们常用的食盐或白糖，你还会发现其实盐粒和糖粒也都有规则外形，一般为四方形。那么究竟是什么决定了材料的外形呢？是不是所有的固体都是有规则的几何外形呢？

让我们深入到材料内部，用更清晰的“放大镜”来观察它们的微观结构吧。组成液体和气体的基本单元是原子和分子，比如水分子是由一个氧原子和两个氢原子组成的，氢气是由两个氢原子组成的。组成固体的基本单元一般为原子或者离子，比如食盐是由钠离子和氯离子组成的。气体、液体和固体的本质区别在于它们的分子或者原子之间的距离。气体分子之间距离是分子直径的数百倍甚至上千倍，因此分子可以不受束缚地自由运动，也不会有固定的外形。液体分子之间距离大概为分子直径的百倍，分子间存在很弱的电磁相互作用，但不足以让分子固定在某个位置，在整体上表现为流动性。

天然水晶

固体材料中原子间距比较小，约为原子直径的几倍到几十倍，相互作用力很强，这就使得原子能够相对稳定地待在平衡位置，要脱离束缚需要付出较大的能量。大部分固体中的原子是规则排列的，不同原子排列方式表现在宏观上就是不同的规则外形。因内部原子具有长程规则分布而形成规则外形的固体叫作晶体。晶体按其结构和微粒作用力的不同可分为四类：离子晶体、原子晶体、分子晶体和金属晶体。氯化钠（食盐）属于离子晶体，金刚石、二氧化硅为原子晶体，干冰为分子晶体，金、银、铜为金属晶体。自然界的晶体外形种类非常有限，按照晶体内部原子排列方式可以划分为七大晶系，一共十四种晶格类型，这就是晶体有着规则外形的根本原因。雪花冰晶是一种非常特别的晶体，不同水分子的氢原子和氧原子之间存在氢键相互作用，这导致冰晶有着各种各样的外形，在显微镜下可以观察到雪花的各种美丽形态。

晶体中的原子示意图

氯化铯晶体结构示意图

并不是所有的固体都是晶体。比如玻璃是二氧化硅等原料熔化后被很快冷却形成的，没有足够的时间结晶。玻璃内部的原子排列在有限范围是有规则的，但是在整体上却没有规律，因此玻璃本身并没有固定的外形和熔点，非常利于切割或重新熔化加工成各种物品。（罗会仟）