Кристаллохимическое описание строения стекла.
В основе данного описания лежат понятия ближнего и дальнего порядка в структуре веществ. Ближний порядок в общем случае означает правильное расположение отдельных атомов относительно некоторого фиксированного атома. Для жидких стекол ближний порядок характеризует расположение атомов кислорода относительности катионов. Например, атомы кремния всегда окружены четырьмя атомами кислорода, образуя кремнекислородный тетраэдр, параметры которого неизменны как в структуре кристаллических соединений, так и в стекле.
Дальним порядком называется строго периодическое и последовательное расположение атомов или группировок из атомов в пространстве, которое обусловливает образование единой трехмерной решетки. Если для кристаллических структур характерно наличие
ближнего и дальнего порядков, то особенность строения стекол состоит в том, что в их структуре имеется ближний порядок, но отсутствует дальний порядок в расположении координационных групп атомов. Отсутствие дальнего порядка в структуре характерно для жидкостей и аморфных тел. Лучше всего это можно понять на примере кремнезема и кварцевого стекла, имеющих один и тот же химический состав SiO2 (рис. 5.1). Основу структуры их составляет тетраэдр [SiO4]4- (рис. 5.1а), строение которого неизменно как в кристаллической решетке кремнезема, так и в стекле — это ближний порядок. Сочленение же тетраэдров в кварце и других полиморфных модификациях кремнезема при образовании пространственной решетки происходит под строго постоянным углом, различным для модификации кварца, тридимита и кристобалита — это дальний порядок (рис. 5.1,6). В стекле это не соблюдается, поэтому и образуется деформированная пространственная сетка (рис. 5.1в).
Рис. 5.1. Тетраэдр [SiO4]4-(а), схематическое изображение на плоскости структур кристаллического кварца (б) и кварцевого
стекла (в).
Основными элементами структуры силикатных стекол являются тетраэдры [SiO4]4- которые, соединяясь друг с другом вершинами, способны образовывать непрерывную в одном, двух или трех измерениях пространственную структуру. Компоненты стекла, способные самостоятельно образовывать непрерывную структурную сетку, такие как SiO2, В203, GeO2(германий), Р205 и другие, принадлежат к группе стеклообразователей. Компоненты стекла, не способные самостоятельно образовывать непрерывную структурную сетку называются модификаторами. К группе модификаторов, как правило, принадлежат оксиды элементов первой и второй группы периодической системы, а также некоторые элементы других групп. Катионы модификаторов располагаются в свободных полостях структурной сетки, компенсируя избыточный отрицательный заряд сложного аниона. Прочность связи модификатор — кислород значительно ниже прочности связи стеклообразователь — кислород, поэтому модификаторы не образуют прочных координационных групп.
Дата добавления: 2015-07-22; просмотров: 870;