晶体：会自己“排队”的固体
把一粒食盐、一粒白糖和一片雪花放在一起，你发现了什么？它们都会自己“长”成有棱有角、整整齐齐的形状。今天，我们一起当一回“晶体侦探”，揭开它们身体里排队的大秘密！
一、什么是晶体？
你每天都会碰到晶体（crystal），只是可能没注意。厨房里的食盐和白糖、甜丝丝的冰糖、冬天窗玻璃上结的冰花、天上飘下来的雪花（snowflake），还有漂亮的石英（quartz）和闪闪发光的钻石（diamond）——它们全都是晶体。
仔细观察，这些晶体有一个共同点：它们不是圆滚滚、软塌塌的，而是自己长成了有棱有角、平平整整的形状。食盐的小颗粒是小立方体，雪花有六个角，石英是六角形的小柱子。
晶体是有规则的几何外形的固体，有平平的面、直直的边、尖尖的角。这些规则形状不是人雕刻出来的，而是晶体自己“长”出来的。
不是所有固体都是晶体哦。玻璃（glass）、塑料、木头，看上去也很硬，但它们的内部没有规则的排列，所以不会自己长出棱角。我们把它们叫做非晶体（amorphous solid）。
二、晶体的秘密：里面在“排队”
为什么晶体会自己长出规则的形状？秘密藏在它们里面。如果把晶体放到超级显微镜下，你会看到：组成晶体的原子（atom）或分子（molecule）不是乱糟糟地挤在一起，而是像做操的小朋友一样，一个挨一个、整整齐齐地排着队。这种有规律的排列，叫做晶格（crystal lattice）。
左边是晶体：粒子排得整整齐齐，像方阵。右边是玻璃：粒子乱糟糟，像下课后的操场。外面长得整不整齐，其实是由里面排得整不整齐决定的。
晶体内部的粒子按规则重复排列（晶格），所以外面才表现出规则的几何外形。玻璃内部的粒子无序排列，所以外形也不规则。
下面的小实验能帮你亲眼看到这个区别：同样一群粒子，慢慢冷却会排成整齐的晶格（变成晶体），快快冷却却来不及排队，乱糟糟地冻住（变成玻璃）。
三、晶体是怎么长出来的？
晶体长大的过程，叫做结晶（crystallization）。结晶就像搭积木：一个个小粒子（原子或分子）排着队、按着规律搭上去，搭得越久、越整齐，晶体就越大越漂亮。
结晶主要有两条路：
- 从溶液里长出来。海边的盐田把海水引进来，让太阳把水晒干。水越来越少，溶解在水里的盐粒子没地方待了，就手拉手排起队，变成一粒粒食盐晶体。
- 从熔化的液体里长出来。地下的岩浆（magma）慢慢冷却时，里面的粒子会排成晶体，形成岩石里的石英、长石；冬天水结成冰，也是水分子排成冰晶体的过程。
让粒子有足够时间找到自己的“座位”，晶体就长得整齐、大个；冷却或蒸发太快，粒子来不及排队，长出的晶体就又小又碎，甚至变成玻璃那样的非晶体。
在家种水晶（实验）
材料：白糖（或食盐）、热水、一个透明玻璃杯、一根筷子、一根棉线、一个回形针。
步骤：
- 往热水里加糖并搅拌，直到再也化不开（这叫饱和溶液，saturated solution）。
- 把棉线系在筷子中间，下面挂一个回形针，架在杯口，让棉线垂进水里。
- 把杯子放在安静的地方，等上几天。
你会看到：棉线上慢慢长出亮晶晶的糖晶体！水慢慢蒸发，糖粒子就排着队“贴”上去了。
下面这个动画模拟的就是这个过程：溶液里的分子游来游去，一碰到种子晶体，就乖乖地按晶格“入座”，晶体一点点长大，长出平的面和直的边。
四、雪花——天上掉下来的晶体
冬天，天上飘下来的雪花是冰的晶体。雪花不是谁用手捏出来的，而是高空中的水蒸气（water vapor）遇冷，水分子一个接一个排着队凝结成的。
你有没有发现，雪花总是六个角？这是因为水分子特别喜欢手拉手围成六边形的圈。新来的水分子顺着这个六边形往外加，雪花就沿着六个方向长，长成了六角形。有的像星星，有的像花朵，但都是六重对称。
点击下面的画布，看水分子怎样沿着六边形排队，让雪花六个角一起长大。
世界上有没有两片完全相同的雪花？
科学家找了很多年，发现几乎每片雪花都不一样——因为每片雪花在空中走过的路不同，遇到的温度和湿度也不同。但它们有一个共同点：六个角，都是六角形的冰晶体。
五、晶体的大本领
晶体不只是好看，它们还有很多大本领。
- 食盐和冰糖，给我们的生活调味。
- 石英的晶体会按固定节拍振动，电子手表和钟表就靠它走得准；石英还能做成玻璃杯和镜片。
- 钻石是自然界最硬的晶体，既能做首饰，也能做成钻头，在坚硬的岩石上打洞。
- 单晶硅（single-crystal silicon）是今天最重要的晶体之一：手机、电脑里的芯片（chip），就是用单晶硅切成的薄片做出来的。
晶体的本领来自它内部整齐的排列。排列越整齐，晶体的性能往往越特殊：石英能计时、钻石能切割、单晶硅能做芯片。
科学家用“硬度”来比较谁更硬。下面这张图是几种矿物的硬度表：数字越大越硬。看看排在最上面的是谁？
六、晶体小测验
食盐的颗粒是规则的立方体，内部粒子整齐排列，是晶体。玻璃、塑料、木头内部排列杂乱，是非晶体。
水分子结冰时喜欢围成六边形，新分子沿着六边形往外加，所以雪花沿六个方向对称生长。
结晶的关键是“慢”。慢，粒子才有时间排成整齐的晶格，晶体就又大又规则；太快会形成小碎晶甚至非晶体。
单晶硅内部排列非常整齐，是制造芯片的重要材料。
考考你：冰块是晶体吗？
是的！冰是水的晶体。水结冰时，水分子会排成整齐的六角形晶格，所以雪花和冰都有规则的形状。晶体不只是石头和盐，连冰块都是晶体。
七、今天的收获
今天我们一起当了“晶体侦探”，收获了这些：
- 晶体是有规则几何外形的固体；玻璃、塑料等非晶体没有。
- 晶体的秘密在内部：粒子排成整齐的晶格。
- 晶体通过结晶长大：溶液蒸发或液体慢慢冷却，粒子排队“搭积木”。
- 雪花是六角形的冰晶体，因为水分子围成六边形。
- 石英、钻石、单晶硅等晶体有大本领。
下次看到盐粒、冰糖、雪花或亮晶晶的石头，记得想一想：它里面是不是也在整整齐齐地“排队”呢？