玻璃與非晶質材料

在SiO₂玻璃中加入Na₂O時,玻璃的結構與性質如何改變?

  1. ANa⁺取代Si⁴⁺進入SiO₄四面體的中心而強化網絡,因此黏度與軟化的溫度上升
  2. BSi-O-Si的橋接被切斷而產生非橋接氧,網絡的連結變弱,因此黏度與玻璃轉移溫度下降,熱膨脹變大
  3. CNa₂O不影響網絡,因此黏度不變,只有化學耐久性提高
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正確答案:B. Si-O-Si的橋接被切斷而產生非橋接氧,網絡的連結變弱,因此黏度與玻璃轉移溫度下降,熱膨脹變大

每加入1個Na₂O,就切斷1個 Si-O-Si 的橋接氧,產生2個只與1個Si鍵結的非橋接氧,Na⁺進入網絡的空隙以補償電荷。網絡的連結變弱,因此黏度與玻璃轉移溫度下降,石英玻璃需要約2000℃高溫的成形,可以在低得多的溫度下進行。相對地,線膨脹係數變大,且Na⁺容易與水中的氫離子交換,因此化學耐久性下降。鈉鈣玻璃加入CaO,就是為了彌補這個耐久性。Na⁺的離子半徑大、電荷小,因此不會進入四面體的中心。

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