玻璃的物理化学特性

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1、非晶态结构与性质1熔体的结构2熔体的性质3玻璃的通性和玻璃的转变4玻璃的形成5玻璃结构理论1熔体的结构一、对熔体的一般认识二、硅酸盐熔体结构——聚合物理论一、对熔体结构的一般认识一、对熔体结构的一般认识1．晶体与液体的体积密度相近晶体→液体：体积变化小（<10％，相当于质点间平均距离增加3％左右）；液体→气体：体积增大数百倍至数千倍（例如水增大1240倍）。表明：液体中质点之间平均距离和固体十分接近，而和气体差别较大。2．晶体熔融热比液体气化热小得多Na晶体Zn晶体冰熔融热（kJ/mol）2.516.706.03水气化热（kJ/mol）40.46表明：

2、晶体和液体内能差别不大，质点在固体和液体中相互作用力接近。3．固液态热容量相近表明：质点在液体中热运动性质（状态）和在固体中差别不大，基本上仍是在平衡位置附近作简谐振动。几种金属固、液态时的热容值物质名称PbCuSbMn液体热容（J/mol）28.4731.4029.9446.06固体热容（J/mol）27.3031.1129.8146.474.X射线衍射图相似液体衍射峰最高点位置与晶体相近，表明：液体中某一质点最邻近几个质点的排列形式与间距和晶体中的相似；液体衍射峰很宽阔，缘于：液体质点有规则排列区域的高度分散；液体结构特征：近程有序，远程无序

3、。在高于熔点不太多的温度下，液体内部质点排列在高于熔点不太多的温度下，液体内部质点排列具有某种程度规律性，而非象气体一样杂乱无章。具有某种程度规律性，而非象气体一样杂乱无章。气体I熔体强度玻璃晶体sinθλ不同聚集状态物质的X射线衍射强度随入射角度变化的分布曲线综上所述:液体是固体和气体的中间相，液体结构在气化点和凝固点之间变化很大，在高温（接近气化点）时与气体接近，在稍高于熔点时与晶体接近。由于通常接触的熔体多是离熔点温度不太远的液体，故把熔体结构看作与晶体接近更有实际意义。二、硅酸盐熔体结构——聚合物理论1.基本结构单元——[SiO]四面体42.基

4、本结构单元在熔体中存在状态——聚合体基本结构单元在熔体中组成大小不同、形状不规则的聚合离子团（或络阴离子团），其间存在聚合－解聚的平衡。3.影响聚合物聚合程度的因素组成温度硅酸盐聚合结构每个硅共氧O:Si名称负离子团类型负电荷负离子团结构离子数数4:1岛状硅酸盐[SiO]4-04443.5:1组群状硅酸盐[SiO]6-132277环状硅酸盐三节环[SiO]6-3:1339922六节环[SiO]6-661818四节环[SiO]6-4412121[SiO]4-3:1链状硅酸盐226622∞1[SiO]6-2.75:1带状硅酸盐4411112.51.5∞2[

5、SiO]4-2.5:1层状硅酸盐44101031二维方向无限延伸∞3[SiO]2:1架状硅酸盐2240三维方向无限延伸∞R＝O/SiR↑：碱性金属氧化物含量↑，解聚后非桥氧数目↑，低聚物浓度↑，数量↑[SiO4]四面体在各种聚合物中的分布与R的关系温度↑：低聚物浓度↑；高聚物[SiO]浓度↓2n某一硼硅酸盐熔体中聚合物的分布随温度的变化2熔体的性质一、粘度粘度的含义、粘度与温度的关系、粘度与组成的关系二、表面张力表面张力的含义、表面张力与温度的关系、表面张力与组成的关系一、粘度粘度：流体（液体或气体）抵抗流动的度量。当液体流动时：F＝ηSdv/dx式中

6、F―两层液体间的内摩擦力；S―两层液体间的接触面积；dv/dx―垂直流动方向的速度梯度；η―比例系数，称为粘滞系数，简称粘度。【粘度物理意义】单位接触面积、单位速度梯度下两层液体间的内摩擦力。【粘度单位】Pa·s（帕·秒）。1Pa·s＝1N·s/m2＝10dyne·s／cm2＝10P（泊）1dPa·s（分帕·秒）＝1P（泊）。【液体流动度ф】粘度的倒数，即ф=1/η。影响熔体粘度的主要因素：温度化学组成不同温度下，硅酸盐熔体粘度可在10-2~1015Pa·s间变化；同一温度下，组成不同熔体的粘度有很大差别；硅酸盐熔体粘度比一般液体高得多硅酸盐熔体

7、结构中有多种聚合程度不同的聚合物交织形成网络，质点间移动困难几种熔体的粘度熔体温度（℃）粘度（Pa·s）水200.001006熔融NaCl8000.00149钠长石14001778080％钠长石十20％钙14004365长石瓷釉140015851．粘度－温度关系（1）弗仑格尔公式ф＝Aｅ－△u/kT1η＝1/ф＝Aｅ△u/kT2logη＝A＋B/T式中△u——质点粘滞活化能；K——波尔兹曼常数；T——绝对温标；A、A、A——与熔体组成有关的常数。12200016001200100080060012【注意】该公式假定粘滞)05活化能是与温度无关的常(59

8、ol/mJ数，则只能应用于简单的不k(300)6缔合的液体或在一定温度范Logη)08(1围内