三非晶态结构与性质

1.试述石英晶体、石英熔体、Na 2O•2SiO2熔体结构和性质上的区别。

2.某熔体粘度在727℃时是108泊,1156℃时是104泊,要获得粘度为107泊的熔体,要加热到什么温度?

3.在Na 2O —SiO 2系统及RO —SiO 2系统中随着SiO 2含量的增加,熔体的粘度将升高而表面张力则降低,说明原因。

4.说明在一定温度下同组成的玻璃比晶体具有较高的内能及晶体具有一定的熔点而玻璃体没有固定熔点的原因。

5.某窗玻璃含14Na 2O -14CaO -72SiO 2(重量百分数) ,求非桥氧百分数。

6.网络外体(如Na 2O) 加到SiO 2熔体中,使氧硅比增加,当O/Si≈2.5~3时,即达到形成玻璃的极限,O/Si>3时,则不能形成玻璃,为什么?

7.按照在形成氧化物玻璃中的作用,把下列氧化物分为网络变体,中间体和网络形成体:

SiO 2,Na 2O ,B 2O 3,CaO ,Al 2O 3,P 2O 5,K 2O ,BaO 。

8.以B203为例解释具有混合键氧化物容易形成玻璃的原因。

9.试述微晶学说与无规则网络学说的主要观点,并比较两种学说在解释玻璃结构上的共同点和分歧。

10.什么是硼反常现象? 为什么会产生这些现象?

11.已知石英玻璃的密度为2.3g/cm,假定玻璃中原子尺寸与晶体SiO 2相同,试计算该玻璃的原于堆积系数是多少?

12.根据教材的T —T —T 曲线,计算A 、B 、C 三种物质的临界冷却速度,哪一种物质易形成玻璃? 哪一种难形成玻璃?

3

2、解:根据lnη=A+B/T,727℃时,η=108P0,1156℃时,η=104P0,∴A=-5.32,B=13324,当η=107P0时,则t=80℃。

3、解:Na 2O-SiO 2系统中,SiO 2含量增加,η增大,σ减小;因为SiO 2含量增加,聚合离子团尺寸增大,迁移阻力增大,η

增大,e/r减小,相互作用力减小,σ减小;RO-SiO 2系统中,SiO 2含量增加,η增大,σ减小;因为无SiO 2时RO-O 2系统η很低,表面张力大;加入SiO 2,系统中出现聚合离子团,SiO 2增加,聚合离子团尺寸增大,数目增大,η增大,σ减小。

4、解:玻璃的介稳性:熔体转变为玻璃过程中,是快速冷却,使玻璃在低温下保留了高温时的结构状态,玻璃态是能量的介稳态,有自发放热而转变为晶体的趋势;玻璃无固定熔点:熔体的结晶过程中,系统必有多个相出现,有固定熔点;熔体向玻璃体转变时,其过程是渐变的,无多个相出现,无固定的熔点,只有一个转化温度范围。

5.

6、解:在熔体结构中,不O/Si比值对应着一定的聚集负离子团结构,如当O/Si比值为2时,熔体中含有大小不等的歪扭的[SiO2]n聚集团(即石英玻璃熔体);随着O/Si比值的增加,硅氧负离子集团不断变小,当O/Si比值增至4时,硅-氧负离子集团全部拆散成为

4-分立状的[SiO4],这就很难形成玻璃。

7、解:网络变体 Na 2O CaO K2O BaO

中间体 Al 2O 3

网络形成体 SiO 2 B2O 3 P2O 5

8、略。

9、解:微晶学说:玻璃结构是一种不连续的原子集合体,即无数“晶子”分散在无定形介质中;“晶子”的化学性质和数量取决于玻璃的化学组成,可以是独立原子团或一定组成的化合物和固溶体等微晶多相体,与该玻璃物系的相平衡有关;“晶子”不同于一般微晶,而是

带有晶格极度变形的微小有序区域,在“晶子”中心质点排列较有规律,愈远离中心则变形程度愈大;从“晶子”部分到无定形部分的过渡是逐步完成的,两者之间无明显界限。无规则网络学说:玻璃的结构与相应的晶体结构相似,同样形成连续的三维空间网络结构。但玻璃的网络与晶体的网络不同,玻璃的网络是不规则的、非周期性的,因此玻璃的内能比晶体的内能要大。由于玻璃的强度与晶体的强度属于同一个数量级,玻璃的内能与相应晶体的内能相差并不多,因此它们的结构单元(四面体或三角体)应是相同的,不同之处在与排列的周期性。微晶学说强调了玻璃结构的不均匀性、不连续性及有序性等方面特征,成功地解释了玻璃折射率在加热过程中的突变现象。网络学说强调了玻璃中离子与多面体相互间排列的均匀性、连续性及无序性等方面结构特征。

10、解:当数量不多的碱金属氧化物同B2O3一起熔融时,碱金属所提供的氧不像熔融SiO2玻璃中作为非桥氧出现在结构中,而是使硼氧三角体转变为由桥氧组成的硼氧四面体,致使B2O3玻璃从原来两度空间的层状结构部分转变为三度空间的架状结构,从而加强了网络结构,并使 玻璃的各种物理性能变好。这与相同条件下的硅酸盐玻璃相比,其性能随碱金属或碱土金属加入量的变化规律相反,所以称之为硼反常现象。

1.试述石英晶体、石英熔体、Na 2O•2SiO2熔体结构和性质上的区别。

2.某熔体粘度在727℃时是108泊,1156℃时是104泊,要获得粘度为107泊的熔体,要加热到什么温度?

3.在Na 2O —SiO 2系统及RO —SiO 2系统中随着SiO 2含量的增加,熔体的粘度将升高而表面张力则降低,说明原因。

4.说明在一定温度下同组成的玻璃比晶体具有较高的内能及晶体具有一定的熔点而玻璃体没有固定熔点的原因。

5.某窗玻璃含14Na 2O -14CaO -72SiO 2(重量百分数) ,求非桥氧百分数。

6.网络外体(如Na 2O) 加到SiO 2熔体中,使氧硅比增加,当O/Si≈2.5~3时,即达到形成玻璃的极限,O/Si>3时,则不能形成玻璃,为什么?

7.按照在形成氧化物玻璃中的作用,把下列氧化物分为网络变体,中间体和网络形成体:

SiO 2,Na 2O ,B 2O 3,CaO ,Al 2O 3,P 2O 5,K 2O ,BaO 。

8.以B203为例解释具有混合键氧化物容易形成玻璃的原因。

9.试述微晶学说与无规则网络学说的主要观点,并比较两种学说在解释玻璃结构上的共同点和分歧。

10.什么是硼反常现象? 为什么会产生这些现象?

11.已知石英玻璃的密度为2.3g/cm,假定玻璃中原子尺寸与晶体SiO 2相同,试计算该玻璃的原于堆积系数是多少?

12.根据教材的T —T —T 曲线,计算A 、B 、C 三种物质的临界冷却速度,哪一种物质易形成玻璃? 哪一种难形成玻璃?

3

2、解:根据lnη=A+B/T,727℃时,η=108P0,1156℃时,η=104P0,∴A=-5.32,B=13324,当η=107P0时,则t=80℃。

3、解:Na 2O-SiO 2系统中,SiO 2含量增加,η增大,σ减小;因为SiO 2含量增加,聚合离子团尺寸增大,迁移阻力增大,η

增大,e/r减小,相互作用力减小,σ减小;RO-SiO 2系统中,SiO 2含量增加,η增大,σ减小;因为无SiO 2时RO-O 2系统η很低,表面张力大;加入SiO 2,系统中出现聚合离子团,SiO 2增加,聚合离子团尺寸增大,数目增大,η增大,σ减小。

4、解:玻璃的介稳性:熔体转变为玻璃过程中,是快速冷却,使玻璃在低温下保留了高温时的结构状态,玻璃态是能量的介稳态,有自发放热而转变为晶体的趋势;玻璃无固定熔点:熔体的结晶过程中,系统必有多个相出现,有固定熔点;熔体向玻璃体转变时,其过程是渐变的,无多个相出现,无固定的熔点,只有一个转化温度范围。

5.

6、解:在熔体结构中,不O/Si比值对应着一定的聚集负离子团结构,如当O/Si比值为2时,熔体中含有大小不等的歪扭的[SiO2]n聚集团(即石英玻璃熔体);随着O/Si比值的增加,硅氧负离子集团不断变小,当O/Si比值增至4时,硅-氧负离子集团全部拆散成为

4-分立状的[SiO4],这就很难形成玻璃。

7、解:网络变体 Na 2O CaO K2O BaO

中间体 Al 2O 3

网络形成体 SiO 2 B2O 3 P2O 5

8、略。

9、解:微晶学说:玻璃结构是一种不连续的原子集合体,即无数“晶子”分散在无定形介质中;“晶子”的化学性质和数量取决于玻璃的化学组成,可以是独立原子团或一定组成的化合物和固溶体等微晶多相体,与该玻璃物系的相平衡有关;“晶子”不同于一般微晶,而是

带有晶格极度变形的微小有序区域,在“晶子”中心质点排列较有规律,愈远离中心则变形程度愈大;从“晶子”部分到无定形部分的过渡是逐步完成的,两者之间无明显界限。无规则网络学说:玻璃的结构与相应的晶体结构相似,同样形成连续的三维空间网络结构。但玻璃的网络与晶体的网络不同,玻璃的网络是不规则的、非周期性的,因此玻璃的内能比晶体的内能要大。由于玻璃的强度与晶体的强度属于同一个数量级,玻璃的内能与相应晶体的内能相差并不多,因此它们的结构单元(四面体或三角体)应是相同的,不同之处在与排列的周期性。微晶学说强调了玻璃结构的不均匀性、不连续性及有序性等方面特征,成功地解释了玻璃折射率在加热过程中的突变现象。网络学说强调了玻璃中离子与多面体相互间排列的均匀性、连续性及无序性等方面结构特征。

10、解:当数量不多的碱金属氧化物同B2O3一起熔融时,碱金属所提供的氧不像熔融SiO2玻璃中作为非桥氧出现在结构中,而是使硼氧三角体转变为由桥氧组成的硼氧四面体,致使B2O3玻璃从原来两度空间的层状结构部分转变为三度空间的架状结构,从而加强了网络结构,并使 玻璃的各种物理性能变好。这与相同条件下的硅酸盐玻璃相比,其性能随碱金属或碱土金属加入量的变化规律相反,所以称之为硼反常现象。


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