Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Математика, химия, физика arrow ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ. СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Посмотреть оригинал

Стеклообразное состояние и стеклообразные вещества

Стеклообразное состояние

О. П. Мчедловым-Петросяном и Е.А. Порай-Кошицем в 1972 г. были даны определения стеклообразного вещества, стекла и стеклообразного состояния.

Стеклообразным веществом называется твердое аморфное вещество, способное после нагревания до вязкотекучего состояния снова превращаться при определенном режиме в твердое аморфное вещество.

Стекло — это материал, почти полностью состоящий из стеклообразного вещества.

Стеклообразное состояние — вид аморфного состояния, в котором находится вещество. Стеклообразное состояние, по сравнению с кристаллическим, является термодинамически неустойчивой формой состояния вещества, т.е. метастабильной. Поэтому повышение подвижности частиц при нагревании вызывает его кристаллизацию. Процесс перехода из жидкого состояния в стеклообразное и наоборот не сопровождается существенным изменением в характере пространственного расположения частиц, и резкого скачкообразного изменения свойств при этом не происходит.

Всем стеклообразным веществам присущи следующие общие свойства:

  • 1. Избыточный запас внутренней энергии по сравнению с кристаллическим состоянием. Стекла получают переохлаждением расплава и находятся в метастабильном состоянии. Однако такое состояние может сохраняться неопределенно долго (даже несколько веков, поданным археологов).
  • 2. Изотропность свойств, т. е. независимость их от направления измерения. Изотропность свойств присуща аморфным веществам с однородной структурой.
  • 3. Способность к постепенным и обратимым размягчению и отвердеванию. Стекла не имеют определенной температуры плавления, а обладают некоторым температурным интервалом размягчения.
  • 4. Температурный интервал стеклования. При этом оценивают температуру Tg — температуру стеклования — температуру перехода из размягченного состояния в твердое, вязкость стекла при этом переходе составляет р rg = 1012 Па-с, и 7}— температуру перехода из размягченного состояния в расплавленное, вязкость такого стекла г|т? = 4-106—107 Па-с.

В температурном интервале Tg- 7} стекло претерпевает резкие изменения физико-химических свойств: ТКЛР, теплоемкости, показателя преломления и др. (см. рис. 78). Рентгенограммы стекол в общем сходны с рентгенограммами расплавов и имеют широкие дифракционные полосы (рис. 79). Эти полосы расположены в соответствии с наиболее интенсивными линиями от тех же веществ в кристаллическом состоянии.

Изменение удельных объемов в зависимости от температуры

Рис. 78. Изменение удельных объемов в зависимости от температуры:

а — жидкость; б — кристаллизующаяся жидкость; в — кристалл; г — переохлажденная жидкость; д, е — стекло при разной скорости охлаждения (/,„ — температура

плавления)

Распределение интенсивности рассеяния рентгеновского излучения различными средами

Рис. 79. Распределение интенсивности рассеяния рентгеновского излучения различными средами:

I — газ; 2 — жидкость; 3 — стекло; 4 — кристалл

Стекло образуется при переохлаждении расплава, состоящего из ионов. Различают три типа ионов в структуре стекла и расплавов:

  • 1. Лоны-стеклообразователи3+, Si4+, Ge4+, Р54), которые способны образовывать прочные пространственные группировки атомов [R04]n_. Для пространственной структуры этих стекол характерно сочленение координационных полиэдров вершинами и наличие ближнего порядка. Отсутствие геометрической периодичности повторения этих мотивов приводит к отсутствию дальнего порядка.
  • 2. Ионы-модификаторы (Mg2+, Са2+, Sr2+, К4, Na+), которые не способны самостоятельно образовывать пространственные структуры. Их структурная роль состоит в том, что они разрывают непрерывную сетку, образованную тетраэдрами [R04]n_, по схеме.

Ионы-модификаторы располагаются в структурных пустотах сетки стекла.

3. Группа промежуточных ионов (А13+), которые могут участвовать в образовании пространственной сетки стекла наряду с ионами- стеклообразователями. Ион А13+ образует тетраэдр [А104]5_, который встраивается в структурную сетку [Si04]4-. Избыточный отрицательный заряд компенсируется положительным зарядом щелочного или щелочно-земельного атома, локализованного на алюмосиликатном тетраэдре, образуя комплекс

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы