山岗岩石、土地房舍、楼宇建筑。除了海洋、江湖，我们周围大多数物质都是以固态呈现在我们眼前。
　　固体物质一般都能自立于自然界，有固定的形态，有一定的强度（抵御外力破坏的能力）。它不会象液体那样充满容器，又不会象气体那样被压缩。在常温下，物质分别以气、液、固态存在，在很低的温度条件下，所有的物质都呈固态，水结成冰、二氧化碳凝结成干冰、空气中的氮和氧等也都凝结成液态，继而凝结成固态，固态是物质的最低的能量状态。
　　正如前文所述，物质的结构是由价和电子的运转所形成。在固体物质中，价和电子的运转的速率虽不是很高，但运转线路却相当稳定，价和力、电磁力的方向十分稳定，从而使各结构元的位置相对固定，形成了具有刚性的固体结构。
　　包罗万象的物质，依照其原子的成分，可分为单质、化合物、及多种物质混合而成的混合物。固体是物质存在的一种形式，固体的种类也是按此划分。单质依照其核外价电子的个数又分为金属和非金属，一般把价电子数是1～3的元素划为金属；把价电子数是4～7的元素划为非金属。大多数固体物质的原子都是按一定的规律整齐有序的重复排列--形成晶体，所有金属都是晶体结构。

　　金属 纯的金属一般都易于传热、导电，有金属光泽，有一定的强度，有延展性，遇高温时塑性增加，达到一定的高温能熔化成液态，能构成各种合金。
　　金、银、铜原子只有一个价电子，是典型的金属。我们先就这单个价电子的物体进行讨论，例如铜。铜原子最外层只有一个价电子，两个原子之间只能构成一个结构元，在一根铜丝里头上亿个结构元在空间位置，上下、左右、前后对应排列，相互平行，构成晶体，价和电子运转所产生的电磁力是铜丝的主要凝聚力，结构元间的电磁力使其晶格整齐有序的排列，形成连续扩展的面心立方。
　　正是因为金属是这样的构成，因而伴生着上述各种性能。价和电子运转所产生的电磁力构成了其固体的强度，受到较大外力时结构元可之间以伸缩间距乃至换位，所以铜丝可以被折弯或被轧扁--表现出金属的延展性。正是铜丝表面价和电子运转所产生的电磁波对自然光波有反射作用，所以光洁的金属表面有漂亮的金属光泽。
　　金属的温度效应--变软、熔化将在相变章节讲述。金属的导电性能将在导电原理一章讲述。金属的传热性能将在以下与非金属对比讲解。
有二个价电子的代表金属是铁，钢铁是人类最大量使用的金属，将专立一章进行讲述。有三个价电子的代表金属是铝。
　　铝原子的外层有3 个价电子，三个价电子在球体的原子表面是不可能均布稳定的，于是有两个价电子排在次外层，一个价电子在最外层。这个最外层的的电子参与价和运转，所以铝具有与铜、银一样的晶体结构，和类似的物理性质（铝与铜、银一样有很好的传热导电性能）。同时，由于铝的三个价电子不均布、不稳定，它能和许多不同化合价的物质起反应；也能与一些酸或碱起反应，化学性质十分活泼。 　 非金属 价电子数从4～7的都是非金属，单质的非金属和许多化合物的原子也都是整齐有序的排列，形成晶体状态。
晶体物质的所有的外层电子都有形成价和电子的趋势，每个核心有几个价电子，就吸引相邻几个核心的外层电子构成几个结构元，因此核心只有按一定的空间几何位置分布，才能使得价和电子运行线路最短，以利共同控制。
　　如Ⅳ族元素碳、硅、锗等，其外层有４个价电子，这４个电子在空间绕自身与相邻的４个原子核进行价和运转，构成了４个结构元。该所有的原子都象这样一个连着４个，形成了Ⅳ族晶体的点阵结构──金刚石型结构。（图5 －１）
　　同样的，Ⅴ族元素如砷、锑等，其一个原子通过５个结构元在空间与５个原子连接，形成了菱方结构的晶格（图5－１）
　　由于同一族元素有相同的价电子，而晶体结构与其价电子所构成的结构元的组合息息相关，无数个这样由结构元联接而成的几何形体在空间扩展开来就形成了整齐有序的晶格点阵。所以同一族元素的晶格结构完全一样或大部分相同。正是因为价电子的价和运转在每个原子的周围构成了相应数目的结构元，才构成了如此多姿的晶体世界，若按传统理论只考虑原子间的引力与斥力，那么，所有的晶体将是呆板雷同的。

　　　　　　　　金刚石结构　　　　　　　　　 菱方结构

　　　　
　　　　　　　　　　　　　　图5--1 晶体的结构

　　强度　　固体的强度是人们最感兴趣的问题，人们希望建筑材料轻质高强、希望金属材料坚固耐用，强度是指物体抵御外力破坏的能力。要抵御外力物体必须得有较大的内聚力。
在第三章我们说到，物体的内聚力是由价和力与电磁力所组成，这两种力都是价和电子运转所至，并且，价和力正比于价和电子速率的平方，反比于价和轨道半径。因此，在以价和力为主要内力的非金属电材料中，价和电子速率越高、原子半径越小，物体的内聚力就越大，物体的强度就高。
在金属物体中，电磁力是主要内力，电磁力实质上也是由价和电子的运转所形成，电磁力正比于价和电子速率的平方。所以物体内价和电子速率越高，原子半径越小，物体的内聚力就越大，物体的强度就高。
此外，参入价和运转的电子增多，使得结构元增加（在晶体结构范围内）价和力、电磁力的密度增加，物体整体好，物体内聚力增大，硬度增大强度提高。
　　人们在实践中采用了许多增加物体强度的措施（如钢的渗碳淬火、混凝土的养护等）其实质就是增加价和电子速率和有限地增加价和电子数量。

　　硬度 一把小刀，可以削木头，却削不动玻璃，玻璃角可以划伤小刀，而小刀的刀口在玻璃上打滑，留不下任何痕迹。为什么玻璃能划伤小刀而小刀不能够削玻璃？这里，有一个硬度问题。
硬度是原子（结构元）之间结合紧密程度。原子之间结合得紧密--价和电子速率高，价和力较大，物体的硬度就大。外物体的结构元就不能进入其间，反而能楔入外物体。
纯的金属物体的结合力是电磁力，外力能使结构元之间相对滑动位移，因而，纯金属的硬度不大。
因为玻璃（氧化硅）原子之间结合得较紧密，价和电子速率较高，价和力较大，而小刀（铁）原子结合成结构元之间的价和电子的速率相对较小，电磁力较小，所以玻璃的硬度较大，能压入小刀表面、划伤小刀。、电磁力

　　脆性　　虽然玻璃的硬度比铁大，但是用小铁锤轻轻一锤它就破碎了，用一根木头也能轻易砸碎它，这就是许多固体物质所表现出的脆性。脆性物体一般是价电子数大于3 的非金属及其化合物。在脆性物体中价和电子多，结构元多，结构元彼此相互连接，建立了相互牵制的整体性结构，。物体受外力时结构元相互牵制不能换位移动，表现出很好的整体性，当外力突然较大时，只要损坏了几个结构元，这些结构元的价和电子逸出，造成价和运转的混乱，使结构元连续解体，物体全线崩溃、破碎，呈脆性。如陶瓷、玻璃、白口铁等物体内价和电子多，结构元互相牵制，故这些物体的脆性大。
当外界温度降低，物体内的价和电子速率降低，使得价和力减小，物体的强度降低、脆性增加，即所谓冷脆。

　　塑性　　温度升高或减少价和电子数量，都能使得物体的塑性增加。温度升高，使得部分价和电子离开原在平行平面，而在一定的角度内的空间内进行扭曲运转，从而导致电磁力方向紊乱，物质内聚力不像低温时那样整齐稳固，遇外力时，结构元之间容易移动换位，于是物体塑性增加。
　　在一些2、3价金属物体中，还有一种情况，随着温度的升高，参入价和运转的电子减少，其结构元就少，由结构元所形成的价和力的密度减少。使得电磁力在固体结构中的作用相对增加，结构元之间主要靠电磁力相互吸引，这样，物体在受外力时结构元一般不被破坏，而是在物体内移位补充，物体呈塑性。如铁在常温下是二个价电子组成二个结构元环绕一个原子，在高温情况下，核心收回一个价电子，形成铜一样的结构，使得塑性增加。
　　如金、银、铜等金属的原子外层仅一个电子，每个原子只能与相邻的一个原子组成结构元，金属内的结构元靠电磁力联接并保持其位置，受到较大外力时，结构元能在其间换位移动、从新结合，因而塑性较好，延展性也很好。
　　在塑性物体中加入少量的脆性物质，能使其内部结构元增多，能够增加其硬度或强度，如在铁中加入少量的碳，就形成钢。钢比铁的硬度高、强度好，这个问题将自成一章专题讨论。
在脆性物体中加入少量的塑性物质，可降低脆性，增加强度，如：在玻璃中加入少量的金属。由于金属中的价电子较少，结构元少，散布在脆性物质中，替代了非金属中多结构元的原子的位置，使脆性物质内出现了少量的架体结构不连续，价和力中断；而由电磁力补充其间的情况。这种玻璃杯在局部突然受热时，由于价和结构的中断(不连续），局部增加速率不会受到整体的牵制，亦不会对较远处的价和运转有直接的影响，因而这样的杯子不会炸裂。由于电磁力的缓冲作用，掉在水泥地上也不会摔破。
　　有些脆性物体在温度升高的条件下，脆性消失，塑性增加（如玻璃等）。金属物体在高温条件下其延展性、塑性增加。这是因为在高温状态下，固体内价和电子速率增加，参入价和运转的电子减少，结构元减少；或是价和电子的运转部分脱离了平行的平面轨道，进行半立体的运转，因而使得电磁力方向紊乱，内聚力减小，从而使得物体塑性增加，趁热打铁就是这个道理。 传热问题 在中学，我们学习到：热总是由高温度物质向低温温度物质传播。有的同学就想，热为什么就不能由低温物质向高温物质传播呢？正因为热是核外的电子的运动现象，高温物质价和电子速率高、低温物质价和电子速率低。当一组快的价和电子与一组慢的价和电子靠近时，两组电子相互影响，快的减慢、慢的加快，即高温的物质降温、低温的物质升温，这也是热只能由高温度物质向低温度物质传播的原因。
　　在中学我们还学习了热传递的三个途径，即热传递的三要素--热对流、热传导、热辐射。热对流很好理解，就是温度较高的物质，如热的液体、气体流向了温度较低的物质，也把自身的热带到了新的地方。
　　热辐射是不存在的，因为热是原子的电子运动的速度表象，这种现象是不能辐射的。高温物质辐射的不是热，实实在在辐射的是电磁波，所以是电磁辐射。核外电子绕着核心不停地旋转着，电子的运转伴生着电磁波。当外界温度较低，核外电子就发生跃迁，降低自身的速率同时向外辐射电磁波；当外界温度较高，核外电子就吸收外界辐射的电磁波，跃迁到较快的运转速率，即提升了自身的温度。自然界的物质都是在这样不断地辐射着、接收着电磁波，维持着一个相对平衡。
　　一直困惑着我们的是热的传导。人们早就注意到，不同的物体，其导热能力是不相同的，当固体物质局部受到高温时，金属物质传热快，而非金属物质及化合物传热缓慢。所谓的热传导，就是当物体局部受热时，物体内的某局部能量增加，促使电子（内层电子及价和电子）速率增加，而且影响到邻近结构元的核外电子的速率增加。
　　金属物质传热快，不是因为金属内有什么“自由电子”。而是因为金属内的各个结构元由电磁力维持其相对位置，每个结构元内的价和电子的速率相对独立，与其它价和电子的速率没有直接的牵连，不受其它结构元的价和电子的直接影响。金属受热时，因价和电子没有牵连，速率立即升高，使得电磁力增加，电磁力增加后，对邻近的结构元产生影响，邻近的结构元内的价和电子因而立即增加速率，以维持电磁力的平衡。这样，局部的升温，由价和电子速率的较快增加和电磁力的增大而迅速的传播，从而导致了金属良好的导热性能。金属局部降温时，其低温的传播与此同理。
　　而非金属的每个核心周围有4 个或更多的价和轨道的环绕，（见图2-1左）而每个轨道的另一端连着另一核心，另一核心又环绕着许多轨道，如此有序连续地构成了（充满）整个物体。每个结构元的价和电子的速率都是相互牵制的，它们的速率必须相对同步。当物体局部受热时，价和电子的速率受到周围结构元的制约，不能很快增加，因而热量也得不到较快的扩散、传播，故而非金属物体的导热性能很差。
　　当非金属物体局部突然受热（冷）时，局部的价和电子的速率升高（降低）或是有升降的趋势，而未受热的部位的价和电子仍维持其原有的速率，于是在冷热交界处价和电子的速率紊乱，拥挤、移位，导致了结构元的损坏，由于其结构元之间是互相牵连的，结构元的损坏使得这一局部的价和电子更加混乱，与之相连的结构元纷纷解体，于是物体就炸裂了。如：玻璃杯中突然注入热水，热砂锅置于冷水中时，它们的炸裂都是这个原因。 以上用物质结构原理简要地说明了物质的强度、塑性、脆性。而用传统的化学键理论、位错理论是难以说明物质的上述特性的由来及其变化的。

　　量子问题 早在19世纪，科学家就开展了对辐射的精细研究，并由此导致了今天热门的量子理论。
　　为了研究辐射，科学家精心设计并制作了一个装置--黑体辐射。它的结构示意如图5-2A所示：在密闭的黑体内钻一小孔，黑体所受到的热仅只能由此小孔向外辐射。经过多次精细的实验，得到了图5--2B所示的温度、辐射波长及辐射量的曲线。

　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　A　　　 图5-2　　　　　　　 B

　　面对这样的曲线，学者们发挥自己的数学才能，运用数学表达式来拟合这条曲线，（即寻求一个数学表达式，如抛物线方程能画出抛物线；圆方程能作出圆一样，在此公式代入相应的值后，所绘制出的曲线与实验曲线相符。）其中著名物理学家普朗克所写出的数学表达式与实验曲线拟合得相当好，可以说是天衣无缝。但是，普朗克先生的公式中，代表能量的数值不能是连续的，而必须是一个最小值的整数倍，这个最小值就是普朗克常量。数学表达式一般是客观实在的反应，普朗克常量表达了微观世界的实在，于是也就把科学带入到了量子时代。
　　物质的电磁波的辐射由何而来？是由于外界温度较低，核外电子就发生跃迁，向外辐射电磁波，同时自身的速率降低一个档次。由于宏观的电磁波辐射是无数单个核外电子集合，而单个核外电子的每一次辐射是自身一次跃迁所辐出的，是一份一份的，其能量的变化也是一级一级的，所以是量子化的，普朗克常数就是反应了这个客观实在。
　　反之，当外界温度较高，无数个核外电子就吸一份一份收外界辐射的电磁波，使自身运转的速率向高速跃迁，宏观的表现就是提升自身的温度。

　　普朗克的量子理论吸引了人们的注意，其实这条黑体辐射正向人们揭示物质构成的更多信息。在这条曲线旁还有两条虚线，这是人们对曲线的拟合，更是对黑体辐射的猜想。
在图5-2B中，横坐标是辐射波的频率，纵坐标为单色辐出度（在某一频率下所辐射的能量）。实验曲线的开始段，随着辐射频率的增大，辐出度随之增大，于是就有人根据这开始段的趋势，按照已有的分子热运动理论，拟合了一条左边的虚线。若依照这条曲线，频率越高辐出度越大，当频率高到了紫外线或X射线，辐出度达到更大值，如果事实真是如此，地球上的一切生物都要遭受灭顶之灾，在科学史上，人们戏称这条曲线为"紫外灾难"。幸亏事实上实验曲线到了中段变缓、变平，到了极大值辐出度随着频率的增大而下降。
　　"紫外灾难"曲线失败了，败在何处？有人说这是经典理论的失败，不对！这条曲线是由当时的物质理论--分子的热运动推导而成。这正说明着分子的热运动理论暗藏猫腻，热辐射不是分子振动所发出的。这正是人们反思物质理论的绝佳时机，可是学者们至今都没有去探究实验中为什么会形成这样的曲线。面对困惑，学界没有认真去反思以往的物质理论、没有认真去反思分子热运动理论，而是关注普朗克公式中能量的不连续，刮起了一股否定经典理论之风，坐失了探寻物质内部构成的良机，使有问题的的物质构成理论沿用至今。
　　按现行的物质理论，不考虑物质的核外电子的运动，不考虑核外电子的运转速率、线路和跃迁，仅以分子的热运动理论是解释不了这条优美的曲线的。按现行的分子热运动理论，温度越高，分子的振动越加剧。这一理论正是紫外灾难的根源，奇怪的是今天的学界一边袭用着这一导致灾难的理论，一边在微观领域建立新的学说。
　　实验中出现的这条的曲线，是因为：实验中的黑体，不管它是什么材料制成的，它总是由原子、分子构成的，原子、分子的核外电子总是在不停的运转着。当外界温度高于物体（黑体）温度时，物体吸收电磁波，核外电子速率增加，向高速跃迁；当外界温度低于物体温度时，核外电子向低速率跃迁，物体发射电磁波辐射，核外电子的运转速率就是横坐标中的频率，在这一频率下的辐出度就对应得到纵坐标上的一个点，物质的核外电子在不同的频率下有不同的辐出度，把各种频率下的辐出度的点连起来，于是就得到了这条优美的实验曲线。
　　图中曲线表明，核外电子在不同的转速（频率）条件下的辐射量是不同的，在不同的温度环境下辐射量也发生变化。这说明，核外电子的运转速率是随外界条件不同，在一定范围内变化，这种变化不是线性的，核外电子发生跃迁只是在某频率段最积极、最活跃。在低频和高频段跃迁减弱。这是自然赋予的规律，所以也就不会发生那种"紫外灾难"。