什麼是網絡修飾氧化物
Na₂O、K₂O、CaO等,切斷玻璃網絡的橋接而產生非橋接氧,陽離子進入網絡空隙的氧化物。使黏度下降。
日文名稱: 網目修飾酸化物
「網絡修飾氧化物」出現在1領域的1道練習題中(玻璃與非晶質材料等)。
這個名詞所屬的領域: 玻璃與非晶質材料
Na₂O、K₂O、CaO等,切斷玻璃網絡的橋接而產生非橋接氧,陽離子進入網絡空隙的氧化物。使黏度下降。
日文名稱: 網目修飾酸化物
「網絡修飾氧化物」出現在1領域的1道練習題中(玻璃與非晶質材料等)。
這個名詞所屬的領域: 玻璃與非晶質材料
網絡修飾氧化物本身不形成玻璃網絡,而是進入網絡形成氧化物的網絡中,改變其結構與性質的氧化物。代表例是鹼金屬的Li₂O、Na₂O、K₂O,以及鹼土金屬的MgO、CaO、BaO等。修飾氧化物帶入的氧切斷網絡的橋接,陽離子則進入網絡的空隙,以抵消附近非橋接氧的負電荷。陽離子多被約5〜8個氧包圍,不形成像網絡形成陽離子那樣方向性強的鍵。這種弱而無方向性的鍵,會大幅改變玻璃的性質。
氧化物形成網絡或修飾網絡,有時以由陽離子電荷 Z 與陽離子-氧距離 a(Å)求得的電場強度 Z/a² 整理(Dietzel的分類)。大致的參考值是,網絡形成的Si⁴⁺與B³⁺約在1.3~2而很大,修飾的Na⁺與K⁺約為0.1〜0.2、Ca²⁺約為0.3而很小,Al³⁺等中間氧化物則落在其間的約0.5〜1.0。即使同為修飾氧化物,電場強的2價陽離子強力吸引周圍的氧,把網絡的切斷處拉住,因此比1價的鹼金屬更不易降低化學耐久性。
加入修飾氧化物時,網絡的連結變弱,黏度與玻璃轉移溫度下降,能在較低的溫度熔融成形。相對地,熱膨脹變大,化學耐久性變低。此外,鹼金屬離子能在網絡的空隙中移動,使玻璃具有些微的導電性。混合2種鹼金屬時,已知即使鹼金屬的總量相同,電導率與離子擴散係數也比只有1種時大幅下降,這稱為混合鹼效應。修飾氧化物種類與數量的選擇,決定了易熔性、耐久性與電性質之間的平衡。
鈉鈣玻璃是在SiO₂中加入約13%的Na₂O使其容易熔融,再加入約10%左右的CaO以彌補耐久性的成分,也含有少量MgO。K₂O的作用與Na₂O相似,兩者也常混合使用。PbO同時作為修飾氧化物與網絡的一部分,能大幅提高折射率,因此被用於水晶玻璃。在化學強化中,把表層的修飾陽離子Na⁺交換成較大的K⁺,以導入壓縮應力。修飾氧化物是調整玻璃易熔性、強度與光學性質的主要手段。
正確答案:C. SiO₂、B₂O₃、P₂O₅
SiO₂、B₂O₃、P₂O₅、GeO₂的陽離子與氧形成3〜4配位的多面體,藉由共用頂點的氧而相連,因此單獨也能形成玻璃網絡。Zachariasen將陽離子配位數小、多面體只共用頂點而不共用邊或面等,列為容易形成玻璃的條件。Na₂O、K₂O、CaO是網絡修飾氧化物,會切斷網絡並進入其空隙,單獨不能形成玻璃。Al₂O₃與ZnO稱為中間氧化物,單獨不易形成玻璃,但由鹼金屬等補償電荷時,會以AlO₄四面體等形式加入網絡。MgO通常作為修飾氧化物。
網絡的橋接減少、非橋接氧增加,因此黏度與玻璃轉移溫度下降,變得容易熔融與成形。另一方面,熱膨脹變大,成分容易溶出到水或酸中,化學耐久性下降。量太多時,不會成為玻璃而容易結晶化。
因為只有Na₂O與SiO₂時,雖然容易熔融,卻容易溶出到水中,成為耐久性低的玻璃。加入2價、能強力拉住網絡切斷處的Ca²⁺,耐久性就會提高。不過CaO太多容易結晶化,因此要調整用量。
雖然尚未完全解明,但一般認為大小不同的鹼金屬離子在網絡中形成形狀不同的位置,另一種離子不易移入這些位置,使離子的通道被堵住。可用於想要提高電絕緣性或化學耐久性的玻璃。
Na₂O、K₂O、CaO是網絡修飾氧化物,會切斷網絡並進入其空隙,單獨不能形成玻璃。
單獨也能形成玻璃、構成氧化物玻璃網絡骨架的網絡形成氧化物,正確的組合為下列何者?