Атомная структура стекла

Наоборот, для получения в аморфном состоянии веществ, образующих плотнейшие упаковки, например металлов, требуются огромные скорости охлаждения (до 10 К/с). Многие металлические стекла обладают рядом замечательных свойств высокой прочностью, твердостью при высокой пластичности, высокой коррозионной стойкостью, высокой магнитной проницаемостью и т. д. Для придания им необходимых свойств и уменьшения необходимой скорости охлаждения их чаще всего изготавливают из сплавов, легированных малыми добавками элементов с малым атомным радиусом (бора, углерода, кремния, фосфора), что несколько усложняет их кристаллическую структуру и замедляет кристаллизацию. [c.301]

АТОМНАЯ СТРУКТУРА СТЕКЛА [c.13]

И. Белов Н. В. Об атомной структуре стекла. Строение стекла. Труды совещания по строению стекла. Изд-во АН СССР, 1955. [c.220]

Основные положения этой теории были изложены впервые Захариасеном. Он считал, что структура стекол, как и структура соответствующего кристаллического тела, представляет собой непрерывную сетку, в узлах которой расположены ионы, атомы или атомные группы. Однако, в отличие от правильной кристаллической сетки, структурная сетка стекла неправильна. Принцип построения ее отличен от принципа построения кристаллической сетки, которая, как известно, может быть образована путем многократного закономерного повторения структуры элементарной ячейки. В основу структурной сетки стекла положен структурный элемент, и вся сетка в целом образована повторением такого элемента, однако это повторение незакономерно и в нем нет той правильности, которая присуща структуре кристалла. [c.50]

Однако результаты исследования только атомной структуры стекол нельзя считать достаточными для практических целей. Было показано [13], что как простое стекло состава ЗЮг, так и сложные силикатные стекла имеют зернистое строение, которым главным образом и определяются механические и другие свойства стекол. Средняя величина зерен составляет примерно 1000 А, а средний зазор между зернами 10—20 А. [c.23]

Грамм-атомные восприимчивости мышьяка и селена равны соответственно —5,5-10 и —18,9-10 см /г-атом [63]. При выполнении закона аддитивности следовало ожидать монотонного падения абсолютного значения восприимчивости по мере возрастания содержания мышьяка в стеклообразных сплавах. Однако магнитная восприимчивость изменяется с составом немонотонно (рис. 26). Следовательно, структура стекол по мере изменения их состава претерпевает определенные изменения. Характер изменения экспериментально измеренной восприимчивости и ее парамагнитной слагаемой с составом отражает изменения, происходящие в структуре стекла, изменения характе-ат.ХА ра химической связи. [c.38]

При всякой тепловой обработке стекла в нем возникает целый ряд разнообразных процессов. Эти процессы приводят к изменению относительного содержания тех или иных структурных образований, к изменению размеров областей, занятых ими, и к возникновению совсем новых атомных группировок. В результате структура стекла в целом будет меняться, что приведет к изменению его физических и химических свойств. При разных температурах тепловой обработки энергетическое состояние системы разное, поэтому характер процессов, протекающих в стекло, может существенно меняться с изменением его температуры. Следовательно, и свойства стекол, подвергнутых разной обработке, также будут разными. [c.340]

Скорость взаимодействия силикатов с HF меняется в зависимости от их составов и атомной структуры. Некоторые силикаты реагируют очень быстро с HF, тогда как слюда оказалась настолько устойчивой по отношению к растворам HF, что была использована в качестве предметного стекла нри изучении процессов травления стекла под микроскопом. [c.489]

Анализ нейтронного рассеяния позволяет получить ценную информацию о нормальных и межцепных колебаниях в полимерах. Нейтроны с низкой энергией могут рассеиваться полимерным образцом и терять ча сть своей энергии, которая эквивалентна характеристическим молекулярным колебательным частотам образца. Возбуждающие нейтроны должны иметь узкое распределение по энергиям и среднюю энергию, близкую к энергии низкочастотных движений молекул рассеивающего вещества. При этих энергиях длины волн нейтронов сравнимы с атомными расстояниями. Рассматриваемый метод анализа позволяет оценить также сечения нейтронного рассеяния полимеров, конформации полимеров в стеклах, каучуках и растворах (особенно при малоугловом рассеянии нейтронов), структуру полимерных сеток. [c.303]

Некоторые драгоценные камни не являются монокристаллами, среди них наибольшую ценность представляет опал, характеристики которого приведены в гл. 6. В поликристаллических материалах внутренние границы между слагающими их очень мелкими кристаллитами рассеивают свет таким образом, что вещество становится полупрозрачным или даже непрозрачным. Вот почему прозрачный кристалл кварца, раздробленный молотком на мельчайшие кусочки, превращается в довольно тусклый белый порошок. В качестве еще одного примера можно привести мел, представляющий собой непрозрачную форму карбоната кальция. Он совершенно прозрачен, если образует монокристаллы, которые геологи называют кальцитом. Стекло также прозрачно и широко используется для изготовления недорогих украшений. Стекла отличаются от монокристаллов тем, что в них отсутствует правильное расположение атомов и наш атомный микроскоп обнаружил бы довольно хаотическую структуру, без выдержанной упорядоченности, свойственной кристаллическим материалам. Отсутствие упорядоченного строения неизбежно приводит к тому, что стекла лишены внутреннего отражения, присущего кристаллическим драгоценным камням, и потому их нельзя сравнивать с монокристаллами. [c.14]

Выяснение соотношения необходимости и случайности позволяет раскрыть внутреннюю логику развития химической науки. Известно, например, что обнаружение ряда элементов и их свойств до открытия периодического закона представляло собой случайное явление. Ярким примером ЭТОГО может служить открытие фосфора в моче алхимиком Брандтом, искавшим философский камень и исходившим при этом из мистической идеи о пребывании его в продуктах жизнедеятельности. В определенной мере случайно было обнаружено А. Беккерелем явление радиоактивности солей урана, когда он искал подтверждения выдвинутой им неверной идеи о связи явления флуоресценции стекла с невидимыми лучами, испускаемыми катодной трубкой. Вероятно, также случайно (по времени и характеру открытия, поскольку сам поиск в известной степени велся целеустремленно) обнаружили в древнем Китае состав и свойства пороха и т. д. Однако изучая, группируя и систематизируя в том числе и случайно открытые элементы Д. И. Менделеев установил периодический закон. Свойства элементов (например, окислителей, восстановителей) выступили уже не случайными, а необходимыми. Случайное открытие А. Беккереля привело к установлению сложной структуры атома, созданию теории атомного ядра, открытию цепной реакции ядерного деления урана в соответствии с теорией цепных процессов Н. Н. Семенова и С. Хиншелвуда и в конце концов целеустремленно, с необходимостью — к атомному реактору. Таким образом, как бы случайное первое открытие в процессе развития науки в условиях определенных практических и теоретических предпосылок и потребностей влечет за собой с необходимостью целый ряд событий. Это еше раз подтверждает неразрывность необходимости и случайности, диалектическую связь между ними. [c.264]

Рассеяние фононов вследствие дефектов решетки или неоднородностей структуры обусловливает сопротивление тепловому потоку. Анизотропия теплопроводности в полимерных материалах зависит от молекулярной массы полимера, степени ориентации, наличия полярных боковых групп. В аморфных стеклах средний свободный путь фононов относительно мал и соизмерим с атомными расстояниями. [c.56]

Хэгг [10] критиковал в гипотезе Захариасена положение об образовании бесконечной трехмерной сетки. Он полагал равновероятным, что, например, многие силикатные стекла состоят из сложных анионных группировок различных видов, длинных цепей или слоев тетраэдров 5104. Стеклообразующие свойства силикатов можно тогда объяснить тем, что при охлаждении ниже температуры плавления большие и неправильные анионные группировки не могут легко перестроиться и образовать кристаллы. Хэгг пришел к заключению, что, по-видимому, расплав содержит атомные группировки, которые связываются прочными, вероятно во многих случаях гомеополярными, связями. Если же эти группировки настолько большие и неправильные, что их трудно прямо объединить в кристаллическую решетку, то такой расплав будет склонен к переохлаждению и стеклообразованию. Подход Хэгга является гораздо более общим, чем гипотеза Захариасена, и он никак не ограничивает требуемый тип структуры, кроме того, что в расплаве должны образовываться большие и неправильные группировки, связанные сильными внутренними связями . [c.26]

В заключительной главе обзора стеклообразных систем мы рассмотрим стекла на основе элементов-халькогенов серы, селена и теллура. Эти материалы, особенно интенсивно изучаемые в настоящее время советскими исследователями, образуют исключительно интересную группу, отличающуюся по структуре и по природе химической связи от уже рассмотренных стекол. Кроме того, они обладают рядом ценных свойств, в частности прозрачностью в инфракрасной части спектра до гораздо больщих длин волн, чем оксидные стекла. Многие из этих стекол являются полупроводниками, и они непрозрачны в видимой области спектра. При увеличении атомного веса составляющих атомов увеличивается электропроводность и стекла по внешнему виду становятся похожими на металлы. Недавно Пирсон [1] опубликовал прекрасный обзор по областям стеклообразования и свойствам стекол в этих системах . Здесь, как и в предыдущих главах, мы будем мало касаться физических и химических свойств стекол и уделим основное внимание факторам, определяющим их устойчивость, [c.257]

В заключение следует сказать, что наиболее интересная черта, характеризующая халькогенидные стекла, состоит в тесной связи, существующей как в составляющих элементах, так и в двойных и более сложных составах, между структурой, типом связи и устойчивостью стекла . Во всех случаях основным является уменьшение устойчивости стекол и металлизация структуры и типа связи при увеличении атомного веса. [c.294]

По-видимому, в стекле могут сущ твовать области с ориентированной структурой в виде кремнекислородных цепочек или колец, соединенных в пространственную сетку. Н. В. Белов [42] приходит к выводу, что кремнекислородные радикалы — цепочки, ленты, сетки и даже кольца, достаточно прочны, но легко деформируются, приспособляясь к различным условиям, создаваемым в основном концентрацией ведущих катионов, являющихся в стеклах главной строительной основой. Боковые связи кремнекислородных цепочек с ионами кислорода, не вошедшими в пространственную сетку, и ионами металлов являются слабыми, легко подвижными, обусловливающими ниже температуры стеклования некоторую электропроводность, низкотемпературную теплоемкость и другие особенности стекол, в частности, возможность щелочных катионов мигрировать на поверхность стекла нри сравнительно невысоких температурах. Отсутствие дальнего порядка в атомной структуре стекла приводит к тому, что связи между атомами искажаются на ограниченном участке, который как бы подвергается механическому воздействию [43]. [c.11]

Ж5. Теория пространственной структурной вязи стекол (Захариасен, Уоррен) касается лишь строения его внутренних частей с позиции этой теории атомное строение стекла рассматривается в предположении существования гигантской молекулы (см. А. II, 290). Многие свойства стекла, имеющие наиболее важное значение при его практическом применении, относятся к поверхностным свойствам, которые могут во многих отношениях отличаться от свойств его внутренней структуры. С помощью изучения поверхностей разлома стекла мы узнаем, что можно ожидать в этом отношении с физико-химической точки зрения. Смекал (см. А. II, (56) тщательно исследовал исключительно физические (механические) свойства поверхностей разлома стекол мы же здесь ограничимся химической стороной этой проблемы, которую специально изучал Уэйл. [c.227]

При исследовании структуры поверхности стекла мы прежде всего сталкиваемся с асимметрией координационной конфигурации. Совершенно очевидно, что даже в кристаллической среде электрические поля, симметричные во внутренних частях кристалла и обусловливающие тем самым свойства идеальной кристаллической решетки (см. О. I, 27 и ниже), должны быть сильно искажены на поверхности разлома. Атомная (ионная) структура кристаллической поверхности в основных чертах подобна поверхности стекла. Иначе говоря, для нее характерно асимметричное распределение электростатических полей . Координационные числа, которые имеют строго постоянные значения только внутри идеального кристалла, на обеих поверхностях оказываются изменчивыми. Точно так же. межъядерные расстояния и силы связи изменяются в более широких пределах, чем в кристаллической структуре (фиг. 266), в которой распределение находится в статическом состоянии при этом возникает ббльшая изменчивость углов связей между ионами. Эти искажения и асимметрия сказываются на свойствах, которые в противоположность светопреломлению или термическому расширению, зависят не от атомной структуры массы вещесггва, а только от природы поверхностных пленок . (слоев). Каталитические свойства поверхности стекол, качество полировки, явления превращения, стойкость против коррозии и аналогичные [c.227]

Маурах [681] приводит ряд определений стекла. Молчанов [682] считает, что стекло является двойственным образованием, так как в нем находятся элементы, упорядоченно построенные, а вместе с тем имеются области неупорядоченного строения. Бартенев [721] указывает, что обе теории строения стекла (неупорядоченной сетки и поликристаллитного состояния) неверные. Имеющиеся в настоящее время экспериментальные факты, полученные различными методами, позволяют сделать заключение, что наиболее близка к действительности квазикристаллическая теория, допускающая, что структура стекла является аморфной с областями ближнего порядка, распространяющимися на несколько атомных расстояний. [c.321]

Одно и то же твердое вещество в зависимости от условий синтеза может получаться в разных энергетических состояниях, каждому из которых соответствует своя структура. Твердое вещество может иметь в высшей степени большое число энергетических состояний. Поскольку межатомные расстояния и углы между связями могут изменяться в довольно широких пределах, в таких же пределах происходит изменение энергии связи и, следовательно, энергетического состояния вещества, которое зависит от энергии валентных электронов. Но изменение межатомных расстояний и угла между связями только для двух соседних атомов, находящихся в структуре твердого тела, влечет за собой некоторое изменение всех длин и углов связей, вообще некоторое изменение взаимного положения всех атомов данного твердого тела, и, следовательно, имеет своим конечным результатом образование видоизмененной структуры соответствующего вещества. Таким образом, существует в высшей степени большое количество вариантов структуры твердого вещества данного состава. В процессе кристаллизации обычно можно получить только довольно ограниченное число модификаций, отвечающих в данных условиях наиболее бедным энергией состоянием данного вещества. Отвердевание атомных соединений, ведущее к образованию аморфного вещества, в зависимости от условий, в которых оно протекает, позволяет получать то одни, то другие непериодические структуры. Очевидно, существует огромное количество аморфных твердых тел одинакового состава, но разного строения. Это обстоятельство обычно ускользает из поля зрения исследователей. Но более точное изучение строения различных стеклообразных веществ (таких как кварцевое стекло, халькоге-нидные стекла или органическое стекло), а также гелей показало, что несмотря на один и тот же состав отдельные образцы подобных веществ, полученные ири различных условиях, имеют различную структуру. Так, различна структура стекол, полученных при различных температурах и давлениях гели одного и того же состава часто имеют неодинаковую пористую структуру, например неодинаковое распределение по объему геля микро- и макропор ири постоянном соотношении объемов последних. Вообще, варьируя давление и температуру, можно получать твердые вещества одного и того же состава, но различной плотности и, следовательно, различного строения. Кварцевое стекло, полученное иод высоким давлением, приближается по плотности к кварцу. Насколько далеко может заходить ири этом превращение вещества, видно из факта получения таких совершенно непохожих друг на друга модификаций кремнезема, как кварц, тридимит, кристобалит, а также стешовит. Расчеты показывают, что при определенных высоких [c.156]

В фосфатных стеклах макромолекулы, образованные посредством ковалентных связей, могут быть связаны между собой водородными и ионными связями. Атомная структура фосфатных стекол приближается к структуре натриевых дисиликатных стекол. По сравнению с силикатными фосфатные стекла более легкоплавки и менее химически стойки, так как структура фосфатных стекол отличается меньшей прочностью и большей подвижностью [13 с. 27]. [c.38]

Согласно теории сетчатого строения стекла В. За-хариазена [29], структура стекла, как и структура соответствующего кристаллического тела, представляет собой непрерывную сетку, в узлах которой расположены атомы, атомные группы или ионы. В отличие от правильной кристаллической сетки твердого тела, структурная сетка в стекле является неправильной и принцип ее построения отличается от принципа построения кристаллической сетки. [c.10]

Из сходства спектров 1 я 2 иа рис. 11.110 однозначно следует, что структура стекла неоднородна. В нем имеется два преобладающих типа атомных группировок. Поскольку положение максимумов полос в спектрах 1 и 2 на рис. 11.110 очень близко, то это дает полное основание считать, что не только состав, но и строение рассматриваемых микрозон в стекле близко к таковым у закристаллизованного стекла, т. е. в первом приближении стекло состоит из кристаллитов кристобалита (или еще высококремнеземистых соединений) и кристаллитов силикатов с большим содержанием NajO. Таким образом, из приведенного сопоставления спектров кристаллических и стеклообразных силикатов следует тот же вывод о структуре стекла, который был получен выше при рассмотрении данных о положении первой интенсивной полосы в спектрах силикатов системы NagO—SiOg. [c.180]

До сих пор мы рассматривали лишь основные атомные группировки в стекле. В действительности же, структура стекла очень сложна. Уже из общих соображений можно было ожидать, что при наличии в стекле областей локальной неоднородности с резким различием в них содержания NajO, в нем неизбежно должны возникнуть диффузионные процессы, которые будут стремиться выровнять это различие, в особенности при температурах, не превышающих температуру диссоциации слоистых силикатов. Вследствие этого в стекле могут и должны существовать другие атомные группировки промежуточного типа. Внимательное изучение положения и контура полос в спектрах отражения и пропускания стекол подтверждает правильность этого соображения. [c.180]

Впервые плавиковый шпат в силикатной промышленности был использован в качестве флюсующего м атериала для металлургических шлаков, а также для стекла и глазури. Влияние его на текучесть плавов и реакционную способность силикатов не может быть понято без правильного представления об атомной структуре силикатных плавов. В технической литературе 121] фториды иногда называют катализаторами, ускоряющими реахщии силикатов. Одно из объяснений этого оюйства фторидов состоит в том, что офлю-сование является результатом удаления окиси кремния из плавов. Действительно, фториды образуют SiF и таким образом снижают кислотность плавленого силиката. Однако наряду с этим было установлено, что значительная часть фторида (80%) остается в плаве. Возникает вопрос если flo6aBjjeHne фторидов к шихте стекла приводит только к уменьшению содержания кремния в стекле, то почему в эту шихту сначала добавляют так много песка [c.480]

Атомную структуру таких стекол можно вывести из структуры щелочно-алюминиевых силикатов замещением части ионов кислорода на ионы фтора. Последние, вероятно, присоединяются к группам АЮ4 и изменяют координационное число окиси алюминия от четырех до шести. Известно, что окись алюминия способствует удерживанию фтора в стекле. Учитывая значительную летучесть тетрафторида к])емния трудно понять, почему приготовление фторсодержащего силикатного стекла все же оказывается возможным. [c.484]

В отличие от кристаллических материалов такие вешества, как стекло или каучук, атомная структура которых более или менее нерегулярна, имеют, как и следует ожидать, нормальные изотропные физические свойства. Но если такие материалы деформировать, их структурная однородность нарушается, они перестают быть изотропными и начинают проявлять свойства, в некоторых отношениях сходные со свойствами кристалла низкой симметрии. В частности, они обнаруживают двойное лучепреломление, которое является довольно чувствительным индикаторо.м структурной асимметрии, обусловленной деформацией. [c.124]

При повышении содержания олова до 12 атомн. % происходит частичная кристаллизация синтезируемых стекол с выделением кристаллической фазы SnSe. При этом нарушается целостность структуры стекла, и скорость растворения стеклокристаллического AsSe .sSno. 341 повышается. Значения энергий активации снижаются до 8—2 ккал./моль [ ]. [c.178]

Электронная структура аморфных атомных веществ представляет собой набор дискретных уровней, разделенных высокими потенциальными барьерами, что определяет локализованное состояние валентных электронов. Не-локализованное состояние электронов проявляется лишь при некоторой крити аеской величине кинетической энергии электрона, когда электрон может совершить термически активированный перескок от исходного локализованного состояния в соседнее локализованное состояние. Для типичных аморфных веществ, таких как кварцевое стекло, величина критической кинетической энергии настолько велика, что такой перескок невозможен и они практически не проводят ток. Аморфные вещества можно рассматривать как в высшей степени сложную совокупность многоатомных молекул и макромолекул, находящихся в твердом состоянии. [c.110]

Уже в 1935 г. мы обратили внимание на существование еще одного типа каталитических реакций, ускоряемых под влиянием простого повышения концентраций у поверхности или посредством сгущения в пленку, без существенного изменения состояния и структуры отдельных молекул. Для такого катализа, так же как и для катализа парамагнитными веществами, характерно отсутствие или малая величина истинной энергии активации, связанной непосредственно с ускоряемым процессом, а не со снятием продуктов реакции с поверхности. Областью применения являются каталитические реакции свободных атомов, молекул радикалов, нестойких молекул . Со времени введения этого понятия появилось много экспериментальных работ, подтверждающих реальность и распространенность этой категории . Достаточно упомянуть работы по исследованию гибели радикалов на стекле, по образованию перекиси водорода из гидроксильных радикалов на стенках сосудов, работы по окислению аммиака атомным кислородом . Интересный случай такого катализа был доказан и исследован Гибянским на примере окисления окиси азота в двуокись на силикагеле. При этом наблюдались критические явления, которые могут быть истолкованы либо как результат появления плоских цепей, либо как следствие особого типа эффектов, обусловленных неоднородностью поверхности, [c.25]

Согласно результатам Валенкова и Порай-Кошица, предварительная термическая обработка стекла также влияет на его структуру. Кварцевое-стекло, закаленное при темиературе жидкого расплава, будет содержать меньше кристаллоподобны.х. атомных группировок, чем стекло, закаленное после-медленного охлаждения до температуры 700°С. Уоррен и Mopи выдерживали образец боро-силикатного стекла пирекс более двух лет при температуре отжига, после-чего рентгенограммы этого стекла, снятые до и после- [c.178]

Максимум при Х—9,5 ц типичен для тетраэдрического каркаса [8104] в стеклах . Этот максимум отвечает аналогичному каркасу в кристаллических силикатах типа кристобалита или полевых шпатов каркасные структуры которых имеют отЕосительно наиболее высокочастотные специфические тетраэдрические колебания. Свойство этих силикатов образовывать стекла тесно связано с таким же свойством содержавшихся в них атомных комплексов. Тем не менее, максимумы в отраженных стеклами лучах никогда не бывают такими же отчетливыми и интенсивными, как в полосатом спектре кристаллов вследствие статистической изменчивости правильного порядка и деформации внешних частей каркасов структур. [c.180]

Уоррен подтвердил, что многие чистые стекло-образуюЩие окислы дают очень устойчивые стекла. Тенденция к кристаллизации возрастает с увеличением содержания катионов. Основываясь на этом, Хегг разработал основные условия, которым должен удовлетворять химизм веществ, способных образовывать стекла. Такая разработка была тем более необходимой, что развитие изучения стеклообразного состояния нуждалось в обобщении и расширении правил Захариасена, особенно для органических стекол, которые представляют собой типичные продукты процессов конденсации и полимеризации . Поэтому вопрос о том, будет ли данный расплав образовывать стекло при переохлаждении, зависит не только от координации ионов, но также от полярных сил, формы и размера молекул, которые могут препятствовать правильной ориентации в кристаллической структуре. Ионы и малые радикалы в расплавах неорганических солей не способны образовывать стекла, так же как расплавы металлов и органические вещества с небольшим числом молекул. Чем более неправильны, крупны и объемисты атомные группы (например в смолах, алкалоидах, сахарах и т. д., которые Тамман в своих классических исследованиях называл модельными стеклами) , тем более они способны затвердевать в виде аморфных или стекловидных агрегатов. Эти теоретические предположения были подтверждены Парксом и его сотрудниками на органических, стекловидных веществах (см. А. II, 254, 266 и ниже). Особенно ценны полученные ими результаты изучения полимеров углеводородов типа полиизобутилена, так как эти полимеры представляют пример полимеризации неполярных молекул до образования комплексов с высоким молекулярным весом — около 5000. На этих агрегатах обнаружена, вследствие препятствующих стерических эффектов, отчетливая тенденция к образованию стекла кроме того, они обладают ди-польным моментом, возрастающим с увеличением степе-, ни полимеризации. [c.202]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология