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局所的な対称性を破る - なぜ水が凍結するが、シリカがガラスを形成するのか

水分子は極性であり、つまり、正の終わりと負の端を持っています。この極性により、水分子は互いに水素結合を形成することができ、これは強い分子間力です。水が凍結すると、水分子は、水素結合によって一緒に保持された、各水分子が他の4つの水分子に囲まれている結晶構造を形成します。

一方、シリカは共有ネットワークソリッドです。これは、シリカ内のシリコン原子が互いに共有結合され、強力で硬い構造を形成することを意味します。シリカ分子間に弱い分子間の力はないため、シリカは冷却すると結晶構造を形成しません。代わりに、それはガラスを形成します。ガラスは結晶性のない固体です。

水とシリカの凍結方法の違いは、各材料に存在する異なる種類の分子力によるものです。水分子間の強い水素結合により、水が結晶構造を形成することができますが、シリカ分子間の強い分子間力の欠如は、シリカが結晶構造を形成するのを防ぎます。

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