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主题:有没有这种物质,导电但是不导热. -- dafemren

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家园 【原创】从钻石分子结构谈物质导电与导热性能的物理机理

首先,虽然石墨与钻石基本组成元素都是碳,然而他们的内部结构并不同,他们是互为同素异形体,所以我们并不可以简单通过石墨导电而泛泛的说是碳导电,更不可推出钻石导电。

钻石是原子晶体,相邻四个原子互相通过共价键结合起来形成紧密地分子结构,这正是它具有的导电性差与导热性能好的原因。

我们知道,物质导电性能的好与坏是其中是否有可以自由移动的电子或者离子,而钻石的特殊紧密结构使其电子无法脱离而自由移动,使得钻石(纯净)不善于导电,是绝缘体。

而物质的导热机制与导电是不同的。从原子尺度来说热实际上与原子震动速度的有关,原子的震动速度越快那么这种物质温度就高, 如果我们简单把不同原子之间当作刚性小球,而它们之间的相互作用力当作弹簧的话,我们可以设想一下,当你压这个弹簧的时候,是不是这个弹簧刚度越大,那么这两个小球就震动的越快?那么再来看物质是如何传热的呢,还是采用一维弹簧的模型,这回是一大串小球弹簧系统串联在一起,那么你敲一下一端最外边的小球,你会发现这个小球振动起来,而这种振动会很快传到另一端去,所有的小球都震动起来了。如果弹簧之间的阻尼比较小,弹簧刚度比较大,那么这种振动能量在传递过程中损失就小,并且这个能量波在弹簧链之间传递的速度也更快。通过上面这个模型,我们可以想象,物质的结构越紧密越有序那么这种物质导热性可能就越好,而事实就是如此。钻石被认为是最坚固的矿物,它的原子与原子的结合非常牢固,所以钻石善于传热也就不足为奇了。

总的说来,导电性能好物质在分子结构上看就是原子对某些电子的束缚力不够,因此分子中含有大量游离的自由电子;而导热性能好的物质在分子结构上看就是原子结合非常紧密有序。于是你就可以推出来很多结论来,比如说对于同种物质来说一般气态没有液态导热性能好,而液态没有固态导热性能好。

关键词(Tags): #心爱科学
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