Кварцеваое стекло.

Основной структурной единицей кварцевого стекла является кремнекислородный тетраэдр [SiO4]^4-. Известны гео­метрические параметры группировки [SiO4]^4-: расстояние Si-O рав­но 0,162 нм, расстояние О—О по ребру тетраэдра 0,265 нм, валентный угол связи О—Si—О внутри тетраэдра 109°29’.

Структура кварцевого стекла состоит из тетраэдров [SiO4]^4- сое­диненных друг с другом вершинами через атомы кислорода. В ре­зультате образуется непрерывный пространственный каркас, отли­чающийся от геометрически правильных решеток кристаллического кристобалита отсутствием дальнего порядка в расположении и ори­ентации тетраэдров.

6. Бинарные щелочно-силикатные стекла системы Ме₂0—SiO_{2 .}

(Me-Li-Na-K-Rb-Cz-Tn).

Введение в состав стекла оксидов щелочных ме­таллов приводит к разрыву структурной сетки и встраиванию атомов щелочных металлов по месту разрыва по схеме:

 

 

В том месте, где встраивались ионы щелочного металла, отсут­ствует химическая связь между элементами структуры. По мере уве­личения концентрации Ме₂0 — модификатора в составе стекла рас­тет число разрывов в структурной сетке и число немостиковых ато­мов кислорода, приходящихся на один тетраэдр SiO4⁴-. При кон­центрациях Ме₂0 более 60% (по массе) создаются условия для обра­зования изолированных тетраэдров SiO4⁴- . Кристаллизуются по­добные расплавы чрезвычайно быстро, т.к. облегчаются условия переориентации структурных единиц, в то время как застывание расплава в виде стекла при этом затруднено.

Структурным параметром, позволяющим характеризовать про­тяженность кремнекислородного радикала и тип анионной сетки, является степень связности f_Si, выражающаяся отношением числа атомов кремния к числу атомов кислорода, взятых по молекулярно­му составу стекла, т.е. f_Si = [Si]/[0]. Максимальная степень связнос­ти сетки характерна для кварцевого стекла f_Si = 0,5.

Изменение степени связности структурной сетки приводит к из­менению кремнекислородного радикала и типа структуры.

7. Стекла в системах Ме₂0—МеО—SiO₂.

Катионы щелочноземельных металлов в структуре стекла выполняют роль модификаторов, т.е. выбывают разрыв структурной сетки, встраиваясь в свободные полости. При замещении щелочных катионов на щелочноземель­ные степень связности структурной сетки может несколько возрас­ти, т.к. щелочноземельные ионы, обладая более высоким зарядом, могут связывать отдельные кремнекислородные цепочки.

Роль катионов в структуре стекла и их влияние на свойства опре­деляются следующими параметрами: зарядом и радиусом иона, ко­ординационным числом, поляризуемостью и поляризующей спо­собностью, ионным потенциалом, силой поля катиона, степенью ионности или ковалентности связи, направленностью и прочностью химической связи.