第一节　化学物质的固体状态

化学固体物质可分为三种状态：全局有序状态——晶态固体物质，全局无序状态——无定型态固体物质，部分有序与部分无序状态——晶态与无定型态固体物质，也称为共晶态物质。一种物质若呈晶态，则该物质一定是固体；但是，固体物质并不一定是晶态物质。

一、固体化学物质存在的状态

（一）晶态物质（晶体）

离子、原子或分子是按照一种确定的方式在三维空间作严格周期性排列，并具有间隔一定距离周期重复出现的规律，这样形成的固体物质被称为单晶体（crystal）物质，简称为晶体或晶态物质，晶态物质是固体物质存在的形式之一［1］。人类生存离不开晶态化学固体物质，例如：食盐、糖、味精等调味品。

（二）无定型态物质（非晶态）

离子、原子或分子在固体物质内部呈现杂乱无章地分布状态，即离子、原子、分子间不具有周期性排列规律，这样形成的固体物质被称为无定型态物质（amorphous material）或称非晶态物质［1］。事实上，无定型态物质是固体物质存在的另外一种形式。人类生活用品中有许多的无定型态固体物质，例如：玻璃、陶瓷、松香等。

由于晶态物质呈全局有序的固体状态，即在固体物质内部的离子、原子或分子在三维空间排列具有严格的周期性特征；而无定型态物质呈全局无序固体状态，即在固体物质内部的离子、原子或分子没有在三维空间排列的周期性特征；由晶态和非晶态共同组成的固体物质状态，则是在固体物质内部的离子、原子或分子在三维空间排列时处于有序与无序间的一种中间过渡的固体物质状态，即在固体物质内部的一部分离子、原子或分子呈现周期有序规律，另外一部分离子、原子或分子则呈现周期无序规律特征。

（三）共晶态（晶态与无定型态）物质

如果固体物质中存在一部分离子、原子或分子是按照一种确定的方式在三维空间作严格周期性排列，而另一部分离子、原子或分子呈现杂乱无章地分布状态，我们将这样形成的固体物质称为晶态与无定型态形成的共晶态固体物质。由于共晶态固体物质是晶态与无定型态两者之间的过渡状态，所以在该种固体物质状态下存在有多种不同形式，即：以晶态有序为主而形成的固体物质、以无定型态无序为主而形成的固体物质、晶态与无定型态各半而形成的固体物质等多种不同形式。

（四）准晶体物质

准晶体，亦称为“准晶”或“拟晶”，是一种介于晶体和非晶体之间的固体结构。在准晶的原子排列中，其结构是排列有序的，这一点和晶体相似；但是准晶不具备平移对称性，这一点又和晶体不同。1982年，以色列科学家谢赫特曼用电子显微镜测定了他自己合成的一块铝锰合金的衍射图像，发现是一个正十边形的对称结构——对寻常晶体来说这是一个不可能的对称性，因为从数学上很容易证明你不可能用正十边形（或者简化到正五边形）去周期性地铺满平面。谢赫特曼认为这是一种全新的晶体，它的特点就是只具有准周期性，也就是“准晶”。众所周知，五次对称性和周期性是不能共存的，因此，准晶的发现一开始并未获得科学界的认可。直到1987年终于有人研究出来足够大的准晶体，用X射线拍摄了更好的图像，科学家中的“主流”才接受了准晶的发现。准晶体的发现，是20世纪80年代晶体学研究中的一次突破。瑞典皇家科学院2011年10月5日宣布，将2011年诺贝尔化学奖授予以色列科学家达尼埃尔·谢赫特曼，以表彰他发现了“准晶”这一突出贡献。准晶的发现从根本上改变了以往化学家对物体的构想。

二、固体化学物质中的晶型

（一）晶型

晶型（crystal forms）是用来描述固体化学物质存在状态，由一组参量组成。当其中某种或某几种参量发生变化时，引起了固体化学物质存在有两种或两种以上的不同物质存在状态，这种现象被称之为固体化学物质的多晶型现象（polymorphism），或称之为同质异晶现象［2］。影响固体化学物质产生多晶型现象的参量主要包括：

1.固体物质的化学成分（单一成分，混合成分及含量，结晶水成分及含量，结晶溶剂成分及含量）；

2.固体物质的分子结构（构型，构象）；

3.固体物质的晶胞（晶系，晶胞参数，对称元素）；

4.固体物质分子排列规律的周期性（全局有序状态，部分有序状态，全局无序状态）；

5.固体物质分子内与分子间的作用力（氢键、盐键、配位键、π键）等。

事实上，晶型是描述微观世界中晶体内部的离子、原子或分子组成、对称性质与周期性排列规律的多种参量集合体。由于晶型变化可以改变固体化学物质的多种物理性质或化学性质，例如：改变固体化学物质的硬度、熔点值、溶解性质、溶出速度等，从而导致了固体化学药物在临床治疗作用中的差异、毒副作用与安全性差异、产品质量与稳定性差异等。

（二）晶型物质的形状

晶型物质通常有块状、片状、柱状、针状、粉末等不同外形（图2-1）。相同晶型物质可以表现为相同或不同的固体物质形态；而不同晶型物质又可表现为不同或相同的固体物质形态。所以，仅仅肉眼观察或显微镜观察固体物质的外形是无法判断晶型物质状态的，需要借助现代分析仪器技术实现对晶型物质的种类鉴定。