结构性能等
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
♥ 网络中这些氧多面体以顶角相连
♥ 每个多面体中至少有3个氧离子与相邻的
多面体形成三维空间发展的无规则连续 网络
1.2 玻璃结构
B2O3 SiO2 GeO2 P2O5 V2O5 Ta2O5 As2O5 Sb2O5
能形成玻璃，所组成的多面体为网络的结构单元。 未能满足上述条件的氧化物（R2O和RO)只能作 为网络外体，处于网络之外，填充在网络的空隙 中。
• 石英玻璃的基本结构单元是硅氧四面体，在 空间形成三维空间网络，其排列是无序的， 缺乏对称性和周期性的重复。
• 硼酸盐、磷酸盐玻璃：结构单元为硼氧三角体 [BO3]、磷氧四面体[PO4]，无序二维空间网络。
图1－5
1.2 玻璃结构
1.2 玻璃结构
无规则网络学说：强调了玻璃中多面体相互间排列 的连续性、均匀性和无序性方面。
• [PO4]中的P-O-P键角为140°，
其结构不对称
磷； 氧
图1-9 P4O10分子结构构示意图
• P2O5结构是层状，层间由范德华力
图1－9
P2O5玻璃性质表现：
黏度小，化学稳定性差，热膨胀系数大。
1.3 单元系统玻璃
1.4 硅酸盐玻璃结构
1.4.1 碱硅酸盐玻璃结构
1.4.2 钠钙硅玻璃结构ห้องสมุดไป่ตู้
玻璃结构：玻璃内部微观质点聚积和连接方式。
石英玻璃结构
•仅由SiO2组成，基本结构单元硅氧四面体[SiO4]; •硅原子位于四面体的中心，氧原子位于四面体的
顶角；
•O-Si-O键角120-180°，Si-O键是极性共价健，键 强大，离子与共价各占50%；
•硅氧四面体正负电荷重心重合，不带极性； •硅氧四面体以顶角相连形成三维空间的架状结构；
掌握
1.4.1 碱硅酸盐玻璃结构（掌握）
过程：在石英玻璃中加入R2O，Si/O比值降低， 有非桥氧出现。如下图所示
—Si—O—Si— 桥氧
Si O- R+ 非桥氧
1.4 硅酸盐玻璃结构
图1-11 氧化钠与硅氧四面体间作用的示意图
1.4 硅酸盐玻璃结构
结果：非桥氧的出现使硅氧网络断裂；其过剩电 荷为碱金属离子所中和；硅氧四面体失取 原有的完整性和对称性，使玻璃结构减弱 和疏松。
1.3 单元系统玻璃
(a)
图1-6（a）相邻两硅氧四面体之间的Si-O-Si键角分布示意图 （b）石英玻璃与方石英晶体Si-O-Si键角分布曲线
1.3 单元系统玻璃
架状结构特点：稳定牢固 石英玻璃性能表现：
黏度及机械强度高、热膨胀系数小、耐热、 介电性能和化学稳定性好。
结论：
• 一般硅酸盐玻璃中SiO2含量愈大，上面 石英玻璃所表现的性能就愈好；
1.3 单元系统玻璃
层状
链状
图1-8 B2O3玻璃在不同温度下的结构模型
硼
氧
1.3 单元系统玻璃
层状结构特点：分子间引力（范德华力） 单组分硼氧玻璃性能表现：
软化点低（约450℃），化学稳定性差， 热膨胀系数大，没实用价值。
1.3 单元系统玻璃
1.3.3 五氧化二磷玻璃结构
• 基本结构单元是磷氧四面体 [PO4]，有一个键能较高的双键；
• 石英玻璃内部空旷，在高温高压下，有 明显的透气性，可作功能材料。
1.3 单元系统玻璃
1.3.2 氧化硼玻璃结构
• 由硼氧三角体[BO3]组成， [BO3]是平面三 角形结构单元；
• B-O键是极性共价键，其共价键占56%，键 强119cal/mol，[BO3]正负电荷重心重合，不带 极性；
• 低温时，该玻璃结构由桥氧连接的硼氧三角 体和硼氧三元环形成向空间发展的层状网络， 而较高温度形成链状结构。图1－8
晶子学说：强调玻璃的有序性，不均匀性和不连续 性方面。
结论
玻璃物质的结构特点是：短程有序和长程
无序。宏观上玻璃主要表现为无序、均匀 和连续性；而微观上以体现出有序、微不 均匀和不连续性。
1.3.1
1.3 单元系统玻璃
1.3.1 石英玻璃结构
1.3.2 氧化硼玻璃结构
掌握结构特点
1.3.3 五氧化二磷玻璃结构
1.2.1 玻璃结构（掌握）
指离子或原子在空间的几何配置以及它们在玻 璃中形成的结构形成体。
1.2.2
1.2 玻璃结构
晶子学说（理解）
☺ 玻璃是由无数“晶子 ”所组成。
☺ 晶子是具有晶格变形的有序排列区域，分 布在无定的介质中，从晶子部分到无定形 部分是逐步过渡的，两者之间无明显界线。
强调
玻璃结构的近程有序性、不均匀性 和不连续性
1.2 玻璃结构
1.2.3 无规则网络学说（理解） • 主要描述离子－共价化合物玻璃的结构 即形成阴离子为多面体（三角和四面体），
多面体之间以顶角相连而形成三维空间连续 的网络，但其排列是无序的，
• 氧化物AmOn能形成玻璃应具备的条件：
♥ 一个氧离子最多同两个阳离子A相结合
♥ 围绕一个阳离子A的氧离子数为3－4个
第1章 玻璃的结构与组成
1.1 玻璃的定义与通性 1.2 玻璃结构 1.3 单元系玻璃 1.4 硅酸盐玻璃结构 1.5 玻璃结构中阳离子的分类 1.6 各种氧化物在玻璃中的作用 1.7 玻璃的热历史
1.1 玻璃的定义与通性
1.1.1 玻璃的定义（理解）
1.1.2 玻璃的通性（掌握）
1.1.1 玻璃的定义（理解）
¤各向同性：玻璃态物质的质点排列是无规则的， 是统计均匀的，其物理化学性质在 任何方向都是相同的。
¤介稳性：玻璃由熔体急剧冷却而得到，因T↓而黏 度↑ ↑ ，质点来不及作有规则排列形成 晶体，没有放出结晶潜热。
¤无固定熔点：玻璃态物质由固体转变为液体是 在一定的温度区域内进行的（软 化温度范围），并且没有新的晶 体生成。
1.1 玻璃的定义与通性
¤性质变化的连续性：玻璃的性质（在一定范围 内）随成分发生连续和逐 渐变化。
¤性质变化的可逆性：从熔体状态冷却（或相反 加热）过程中，可以多次 进行，其物理化学性质产 生逐渐和连续的变化，而 且是可逆的，并且没有新 相生成。
1.2 玻璃结构
• 概念(掌握） • 晶子学说（理解） • 无规则网络学说（理解）
广义
玻璃态
指物质的一种结构
玻璃材料
用作结构、功能和新材料的玻璃
玻璃制品
指玻璃器皿、玻璃瓶罐等
玻璃由熔体过冷所得，因黏度逐渐增大而具有
固体机械性能的无定形物体。
狭义
玻璃态是物质的一种存在状态，是熔融、冷却、 固化的非结晶的无定形物，是过冷的液体。
1.1 玻璃的定义与通性
1.1.2 玻璃的通性（掌握）
♥ 每个多面体中至少有3个氧离子与相邻的
多面体形成三维空间发展的无规则连续 网络
1.2 玻璃结构
B2O3 SiO2 GeO2 P2O5 V2O5 Ta2O5 As2O5 Sb2O5
能形成玻璃，所组成的多面体为网络的结构单元。 未能满足上述条件的氧化物（R2O和RO)只能作 为网络外体，处于网络之外，填充在网络的空隙 中。
• 石英玻璃的基本结构单元是硅氧四面体，在 空间形成三维空间网络，其排列是无序的， 缺乏对称性和周期性的重复。
• 硼酸盐、磷酸盐玻璃：结构单元为硼氧三角体 [BO3]、磷氧四面体[PO4]，无序二维空间网络。
图1－5
1.2 玻璃结构
1.2 玻璃结构
无规则网络学说：强调了玻璃中多面体相互间排列 的连续性、均匀性和无序性方面。
• [PO4]中的P-O-P键角为140°，
其结构不对称
磷； 氧
图1-9 P4O10分子结构构示意图
• P2O5结构是层状，层间由范德华力
图1－9
P2O5玻璃性质表现：
黏度小，化学稳定性差，热膨胀系数大。
1.3 单元系统玻璃
1.4 硅酸盐玻璃结构
1.4.1 碱硅酸盐玻璃结构
1.4.2 钠钙硅玻璃结构ห้องสมุดไป่ตู้
玻璃结构：玻璃内部微观质点聚积和连接方式。
石英玻璃结构
•仅由SiO2组成，基本结构单元硅氧四面体[SiO4]; •硅原子位于四面体的中心，氧原子位于四面体的
顶角；
•O-Si-O键角120-180°，Si-O键是极性共价健，键 强大，离子与共价各占50%；
•硅氧四面体正负电荷重心重合，不带极性； •硅氧四面体以顶角相连形成三维空间的架状结构；
掌握
1.4.1 碱硅酸盐玻璃结构（掌握）
过程：在石英玻璃中加入R2O，Si/O比值降低， 有非桥氧出现。如下图所示
—Si—O—Si— 桥氧
Si O- R+ 非桥氧
1.4 硅酸盐玻璃结构
图1-11 氧化钠与硅氧四面体间作用的示意图
1.4 硅酸盐玻璃结构
结果：非桥氧的出现使硅氧网络断裂；其过剩电 荷为碱金属离子所中和；硅氧四面体失取 原有的完整性和对称性，使玻璃结构减弱 和疏松。
1.3 单元系统玻璃
(a)
图1-6（a）相邻两硅氧四面体之间的Si-O-Si键角分布示意图 （b）石英玻璃与方石英晶体Si-O-Si键角分布曲线
1.3 单元系统玻璃
架状结构特点：稳定牢固 石英玻璃性能表现：
黏度及机械强度高、热膨胀系数小、耐热、 介电性能和化学稳定性好。
结论：
• 一般硅酸盐玻璃中SiO2含量愈大，上面 石英玻璃所表现的性能就愈好；
1.3 单元系统玻璃
层状
链状
图1-8 B2O3玻璃在不同温度下的结构模型
硼
氧
1.3 单元系统玻璃
层状结构特点：分子间引力（范德华力） 单组分硼氧玻璃性能表现：
软化点低（约450℃），化学稳定性差， 热膨胀系数大，没实用价值。
1.3 单元系统玻璃
1.3.3 五氧化二磷玻璃结构
• 基本结构单元是磷氧四面体 [PO4]，有一个键能较高的双键；
• 石英玻璃内部空旷，在高温高压下，有 明显的透气性，可作功能材料。
1.3 单元系统玻璃
1.3.2 氧化硼玻璃结构
• 由硼氧三角体[BO3]组成， [BO3]是平面三 角形结构单元；
• B-O键是极性共价键，其共价键占56%，键 强119cal/mol，[BO3]正负电荷重心重合，不带 极性；
• 低温时，该玻璃结构由桥氧连接的硼氧三角 体和硼氧三元环形成向空间发展的层状网络， 而较高温度形成链状结构。图1－8
晶子学说：强调玻璃的有序性，不均匀性和不连续 性方面。
结论
玻璃物质的结构特点是：短程有序和长程
无序。宏观上玻璃主要表现为无序、均匀 和连续性；而微观上以体现出有序、微不 均匀和不连续性。
1.3.1
1.3 单元系统玻璃
1.3.1 石英玻璃结构
1.3.2 氧化硼玻璃结构
掌握结构特点
1.3.3 五氧化二磷玻璃结构
1.2.1 玻璃结构（掌握）
指离子或原子在空间的几何配置以及它们在玻 璃中形成的结构形成体。
1.2.2
1.2 玻璃结构
晶子学说（理解）
☺ 玻璃是由无数“晶子 ”所组成。
☺ 晶子是具有晶格变形的有序排列区域，分 布在无定的介质中，从晶子部分到无定形 部分是逐步过渡的，两者之间无明显界线。
强调
玻璃结构的近程有序性、不均匀性 和不连续性
1.2 玻璃结构
1.2.3 无规则网络学说（理解） • 主要描述离子－共价化合物玻璃的结构 即形成阴离子为多面体（三角和四面体），
多面体之间以顶角相连而形成三维空间连续 的网络，但其排列是无序的，
• 氧化物AmOn能形成玻璃应具备的条件：
♥ 一个氧离子最多同两个阳离子A相结合
♥ 围绕一个阳离子A的氧离子数为3－4个
第1章 玻璃的结构与组成
1.1 玻璃的定义与通性 1.2 玻璃结构 1.3 单元系玻璃 1.4 硅酸盐玻璃结构 1.5 玻璃结构中阳离子的分类 1.6 各种氧化物在玻璃中的作用 1.7 玻璃的热历史
1.1 玻璃的定义与通性
1.1.1 玻璃的定义（理解）
1.1.2 玻璃的通性（掌握）
1.1.1 玻璃的定义（理解）
¤各向同性：玻璃态物质的质点排列是无规则的， 是统计均匀的，其物理化学性质在 任何方向都是相同的。
¤介稳性：玻璃由熔体急剧冷却而得到，因T↓而黏 度↑ ↑ ，质点来不及作有规则排列形成 晶体，没有放出结晶潜热。
¤无固定熔点：玻璃态物质由固体转变为液体是 在一定的温度区域内进行的（软 化温度范围），并且没有新的晶 体生成。
1.1 玻璃的定义与通性
¤性质变化的连续性：玻璃的性质（在一定范围 内）随成分发生连续和逐 渐变化。
¤性质变化的可逆性：从熔体状态冷却（或相反 加热）过程中，可以多次 进行，其物理化学性质产 生逐渐和连续的变化，而 且是可逆的，并且没有新 相生成。
1.2 玻璃结构
• 概念(掌握） • 晶子学说（理解） • 无规则网络学说（理解）
广义
玻璃态
指物质的一种结构
玻璃材料
用作结构、功能和新材料的玻璃
玻璃制品
指玻璃器皿、玻璃瓶罐等
玻璃由熔体过冷所得，因黏度逐渐增大而具有
固体机械性能的无定形物体。
狭义
玻璃态是物质的一种存在状态，是熔融、冷却、 固化的非结晶的无定形物，是过冷的液体。
1.1 玻璃的定义与通性
1.1.2 玻璃的通性（掌握）