Щелочно-алюмосиликатные стекла.

Структурная роль алюминия (Al) в стекле идентична его роли в кристаллических алюмосиликатах, т.е. катионы А1³⁺ могут находиться в четверной или шестерной ко­ординации по кислороду и образовывать координационные тетраэдры типа А10₄ (тетраэдры) и А10₆ (октаэдры).

Условием существования алюминия в том или ином координа­ционном состоянии в силикатных стеклах является соотношение между концентрацией щелочных (или щелочноземельных) оксидов и оксида А1₂0₃. При соотношениях Ме₂0/А1₂0₃>1 А1³⁺ присутствует в стекле в тетраэдрическом окружении. Следует обратить внимание на то, что группировка [А10₄]5- в силикатных стеклах не существует самостоятельно. Она устойчива только в том случае, если вблизи тетраэдра [А10₄]5- расположен ион щелочного металла, например, натрия. Стабильной в этом случае является не просто группировка [А10₄]5- а группа атомов [(А10₄)5-На⁺]4- , в которой ион натрия не свя­зан с каким-либо определенным атомом кислорода, а локализован на тетраэдре [А10₄]5- частично компенсируя отрицательный заряд анионной группировки.

 

Атомы кислорода в вершинах тетраэдра А10₄ в этом случае являются мостиковыми и могут принимать участие в образовании химической связи с кремнекислородными тетраэдрами. Как и в кристаллических силикатах, тетраэдрические группировки алюминия могут, наравне с тетраэдрами SiO₄, участвовать в построении структурного каркаса стекла, сочленяясь с ними вершинами. Образуется смешанная алюмокремнекислородная сетка.

 

При введении оксида алюминия в щелочно-силикатное стекло повышается степень связности структурной сетки, т.к. он встраивается в кремне-кислородный каркас и наряду с этим изменяет структурную роль щелочного компонента.

Наиболее благоприятные возможности для изоморфного замеще­ния ионов кремния на ионы алюминия создаются в присутствии катио­нов №⁺, К⁺, Са²⁺.

Существование алюминия в стеклах в шестерной координации наиболее вероятно в бесщелочных и малощелочных составах с вы­раженным кислотным характером. Щелочноземельные катионы малого радиуса Ве²⁺, Мg²⁺ способствуют стабилизации в стекле алюминия, являющегося модификатором.

 

9.Валентно-химическое описание строения стекла.

Химическая связь между атомами возникает как результат электростатического (кулоновского) взаимодействия электронов и ядер атомов.

Химические связи в веществах могут быть: валентные и ковалентные. Валентные связи возни­кают в результате перераспределения электронной плотности в системе атомов, участвующих в химической реакции. Различают ионную, ковалентную, донорно-акцепторную, дативную, металли­ческую валентные связи, отличающиеся друг от друга степенью об­обществления связевых электронов парой атомов или группой атомов химического соединения.

Невалентные связи возни­кают в результате электростатического взаимодействия между мо­лекулами или молекулярными группировками вещества. Образова­ние невалентных связей не сопровождается передачей электронов, но обусловлено индукционным, ориентационным или дисперсион­ным взаимодействием молекул или молекулярных образований.

В стеклах, как и в кристаллических твердых телах, невозможно выделить участки структуры, которые можно было бы считать от­дельными молекулами. В силу этого в твердых телах, в отличие от жидких и особенно газообразных, преобладает действие прочных валентных связей.

 

10. Химическая связь в стеклах, в соответствии с электронной теори­ей.

Согласно классической электронной теории, химическая связь в кварцевом стекле является преимущественно ковалентной (степень ионности 50%). В бинарных щелочно-силикатных стеклах типа Ме₂0—SiO₂можно выделить два вида ионно-ковалентных связей: преимущественно ковалентные в цепочках атомов

-Si-О-Si-

 

и более ионные связи между щелочными катионами и анионным каркасом, т.е. связи типа -Ме-О-Si-.

 

—Степень ионности — ковалентности связей Si—О , Ме—О не яв­ляется постоянной для всех видов стекол и зависит от состава стекла в целом.