47、玻璃态物质的本质是什么?

47、玻璃态物质的本质是什么?

玻璃态物质,其实是固态与流体态相互结合后的状态,即固态流体。这要先认识到原子是微观以太旋涡,分子是原子以太旋涡的耦合结构,再解析固体晶体与流体的内在结合力的区别,及晶体的形成过程,才能充分理解。

原子是微观以太旋涡,不同原子之间耦合成为分子,有两种耦合形态,一是两个或多个原子以太旋涡的旋转方向相同,形成异侧涡口相吸,异侧涡管相连成一条直线,形成如糖葫芦串的齐绕耦合结构,是为同旋异极结构,一是两个或多个原子以太旋涡的旋转方向相反,形成同侧涡口相吸,同侧涡管相连成一个圆周线,形成并排的如双眼睛在一平面对齐的互绕耦合结构,是为异旋同极结构。这两种耦合作用是共价键的实质,由此形成的多原子以太旋涡耦合结构就是分子以太旋涡。这两种分子空间形态分别是长链形态,与团状形态。分子之间又通过各以太旋涡之间涡流相合作用而相互吸引在一起,这是范德华力的实质。

固体晶体如水晶钻石之类的内在原子结合,是通过同旋异极结构下的共价键与强范德华力共同起作用,让元素原子及分子相互耦合在一起,产生原子分子之间难以在重力作用下发生形变与相对位移的物质状态,是为固体。其中共价键占主导地位,让多原子紧密耦合在一起,长链形态的分子如糖葫芦长串或佛珠长链,这多条长链通过强范德华力互绕形成宏观物体空间结构。

流体如水之类的内在原子结合,是通过异旋同极结构下的共价键与弱范德华力共同起作用,让原子及分子相互耦合在一起,产生原子分子之间极易以在重力作用下发生形变与相对位移的物质状态,是为液体。其中弱范德华力占主导地位,其力的大小,是不能克服重力作用而让液体极易产生形变与位移,但同时又能约束液体分子原子热运动产生的离散倾向,让液体分子原子结合在一起而不化为气体。共价键将多原子紧密耦合在一起形成的团状分子以太旋涡与流体最小单元,弱范德华力让多分子以太旋涡松散耦合在一起,如一堆弱磁性球相互吸在一起,磁球之内结合紧密,磁球之间相互容易位移。

固体的结晶过程,是晶体分子处于液态溶剂或高温熔融状态时,随着温度的缓慢下降,晶体分子的热运动强度也逐渐降低。晶体分子的热运动其实是晶体分子无序振动,携带有晶体原子特征谱线的固定频率振动态。众多晶体原子的固定频率振动能量相互叠加,会在溶剂空间形成波能量干涉栏栅,如一圈圈的水波干涉波纹形成的涟漪,从而能牵引临近游离态的晶体分子的运动轨迹按波能量干涉栏栅分布有序排列,然后相互通过同旋异极作用形成耦合结构,即有序态的长链晶体原子与分子空间结构,多条长链晶体原子分子再通过范德华力结合在一起。如此过程随着温度降低到熔点之下,就形成有序结构的宏观晶体。

而当这一固体的晶体结构过程的波能量干涉栏栅受某种因素干扰不能有效形成,或晶体分子原子的耦合吸引过程被干扰而不能按波能量干涉栏栅分布运动,于是都不能形成晶体与长链晶体原子与分子空间结构,而只能形成短链同旋异极作用下的耦合结构,或异旋同极作用下的耦合结构,即短链小分子结构与团状无序堆积态。然后这些短链小分子、团状结构在温度下降后,再通过范德华力相互结合在一起,就是玻璃态固体。

这些干扰因素很多,比如固体分子原子成分过于混乱,不能形成起主导作用的波能量干涉栏栅,于是就不能让晶体原子分子按有序的方向组合与结晶形成长链态分子结构。象普通玻璃就是这么形成的。又比如温度瞬间下降到凝固点,让游离态的晶体分子原子没有充分调整旋涡轴方向以对齐涡口涡管去相吸耦合的时间,同样不能产生长链态的同旋异极吸附结构。象单质非晶纯铁、金属玻璃就是这么形成的。

如此状态下的固体,其分子原子间的相吸作用主体,不再是晶体态下的长链同旋异极结构下的共价键与强范德华力,而是液体态下的短链同旋异极结构或异旋同极结构下的共价键与强范德华力,是为玻璃态物质的本质。这种玻璃态物质能以液体结构保持固体形态,主要是通过强范德华力来克服重力作用而达成的。若固体内部结构是以短链同旋异极结构结合强范德华力,则会形成石墨、奥氏体铁、细晶纯铁之类的物质。这些物质的宏观共性,就是存在团簇细微晶体结构。