Кварцевое стекло. Его свойства, производство и применение - Глаголев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
Выше мы говорили, что изучение температурного хода кривых тех или иных физических свойств кварцевого стекла не позволяет сделать сколько-нибудь уверенных выводов относительно положения точки превращения Т Иными словами, в случае этого вещества мы не можем подметить при температуре превращения тех резких изломов, которые столь характерны для других веществ. Здесь опять повторяется то же, что мы только-что подробно рассмотрели на примере теплоемкости. Вместо резкого изменения в узком интервале температур имеем изменение, растянутое на всю область существования пере-олажденной жидкости от Ts до Тд или до величины немного большей. Все те же причины заключаются в тормозящих внутренние перегруппировки силах трения.
Какую бы из цифр табл. 7 мы ни приняли, во всех случаях следует признать, что при любых температурах внутренняя энергия кварцевого стекла значительно превосходит внутреннюю энергию кристаллического кварца. Однако для кремнезема больше, чем для какого-либо Другого вещества, применимы соображения Berger о том, что больший энергетический уровень стекла по сравнению с кристаллом отражает не столько действительное взаимоотношение этих состояний
^ Кварцевое стекло.
вещества, сколько результат чрезмерно быстрого охлаждения вязкой массы.
Перейдем теперь к вопросу о молекулярном строении кварцевого стекла. То обстоятельство, что в данном случае мы имеем вещество сравнительно простого химического состава, позволяет надеяться на возможность более глубокого проникновения во внутреннюю структуру стеклообразного состояния, а важная роль кремнезема в изготовлении большинства технических стекол делает такого рода анализ полезным не только для занимающего нас здесь вопроса о кварцевом стекле, но и вообще для всего стеклоделия.
Выше мы видели, какое значение придается теперь процессам агрегации молекул при переходе вязкого состояния в хрупкое. Соединение отдельных' молекул в более крупные комплексы, играющее по-видимому важную роль при образовании стекла, может рассматриваться и рассматривается отдельными авторами как своего рода хими
Рис. -20. Схематическая Модель атомов кислорода и кремния.
ческая реакция того же типа, который имеет место в известных случаях .полимеризации тех или иных химических соединений. В случае кремнезема эту реакцию можно схематически представить формулой;
Si02+Si02-f-...-r-Si02= (Si02)„.
Для уяснения некоторых особенностей строения такого рода агрегата нам необходимо сказать несколько слов о физической интерпретации химической реакции между кремнием и кислородом, следуя идеям J.J.-Thomson 53, W. Kossel54 и др.
Атом кислорода, имеющий по периодической системе элементов порядковый номер 8, содержит 8 свободных, не связанных в ядре электронов. Из них б — так называемые валентные электроны; это— те электроны, которые непосредственно принимают участие в химических реакциях. Для многих целей .удобно предполагать, что все электроны расположены вокруг положительного ядра атома кислорода на двух круговых орбитах, причем на внутренней орбите мы имеем 2 и на внешней орбите 6 электронов. Схематическое изображение такой системы дано на рис. 20, где представлены 2 атома кислорода и атом кремния. Электроны изображены сплошными черными кружками.
Атом кремния с порядковым номером 14 имеет 54 свободных электронов, из которых 4 валентных расположены на внешней орбите, а остальные — на 2 внутренних орбитах, содержащих соответственно» 2 и 8 электронов.
Мы сказали, что в химической реакции непосредственное участие принимают внешние валентные электроны. Эти электроны, согласно современным взглядам, и являются тем связывающим звеном, которое, соединяет отдельные атомы в молекулу сложного вещества и в процессе дальнейших реакций — отдельные молекулы между собой. Чтобы
' понять, как происходит такого рода связь, необходимо выяснить вопрос об относительной устойчивости различных конфигураций электронов вокруг положительного ядра. Естественно при этом обратиться к рассмотрению строения так называемых инертных газов —
' гелия неона, аргона и др., так как именно в случае этих газов мы имеем наиболее устойчивые системы, неспособные подвергаться химическому воздействию. Не вдаваясь в подробности, скажем, что разнообразные химические факты и в частности периодичность химических свойств находят удовлетворительное объяснение, если принять следующее распределение электронов по орбитам вокруг атомов первых трех инертных газов:
1-я орбита 2-я орбита 3-я орбита
Не Ne Аг
2 2 2
и признать, что химическая устойчивость этих элементов находится в тесной связи с устойчивостью электронной конфигурации из .8 электронов на внешней орбите.
Отсюда один шаг до вывода, что какой-хибо другой элемент, атол'Ы которого имеют на внешней орбите количество электронов меньше 8, имеет стремление соединиться с другим элементом в том случае, -ес.ги в результате реакции, за счет валентных электронов атома этого друге го элемента, внешняя орбита будет дополнена до «устойчивой цифры» 8, или также в том случае, если путем отдачи валентных электронов другому атому внешняя неустойчивая орбита будет заменена устойчивой внутренней.
