要认识一个物体,了解它的结构至关重要,我们无论怎么说它的定义,如果不能将它的结构给具体化到眼前,始终只能给人一种屋里看花的感觉。
就像自古以来说的气,究竟什么是气,以氧气为例,大家都知道人类生存离不开氧气,可是有谁能具体描述一下氧气,让一个从未接触过的人去认识它,下次见到可以一眼认出来,我想这是很难的,因为我们根本不了解他的结构,哪怕是我们知道分子式。
我们能说清楚的,以一支铅笔来举例子,大家都能描述,外部是木质或纸质的骨架,包裹着内部的黑色的石墨和黏土制成的铅笔芯,使用的时候我们削开外部包裹层,就能用铅笔芯在纸或者其它材质上留下印记。
就像我学习什么是玻璃一样,我再怎么去记忆玻璃是熔融、冷却、固化的非晶态无机物,甚至说它是过冷液体,都只是一个概念而已,我学了我不知道玻璃是什么样子的,我给别人讲了他也不知道玻璃是什么样子的。
会衍生出来很多问题,例如什么是晶态和非晶态,我们炼钢不也是熔融、冷却、固化这一过程吗?炼出来的是不是玻璃?直到问到你答不出来。
所以要了解一件东西一定要了解它的结构,玻璃的结构是复杂的,目前还没有哪个理论能直接定义玻璃就是那个结构,所以有一些学说来对玻璃结构进行说明。
第一个就是根据玻璃的折射率在520度左右出现一个突变提出来的,晶子学说,这一学说认为这个突变是玻璃中的石英微晶发生晶型转变导致了折射率在这一温度发生了突变。
也就是认为玻璃是由无数的晶子组成,晶子是具有晶格变形的有序排列区域,分散在无定型区域中,就像很多微小的固体尘埃分散在空气中一样,虽然尘埃是固体,但是空气本质上是气体,虽然微晶是有序的,但是玻璃是无序的。
并通过X粉末衍射进行了证明,玻璃的X衍射图具有宽广的衍射峰,而把晶体磨成细粉,颗粒度小于0.1μm的时候,其X衍射图也产生一种宽广的衍射峰,以此推断玻璃中存在微晶。
而这个学说也证明玻璃中存在有规则排列的区域,而这些晶子又不是有正常晶格结构的微小晶体,而是晶格极度变形后较有规则排列的区域,同一玻璃中晶子的化学组成也可以不同,总体来说就是一些微小的不同的晶子在过度层之间无序地漂浮着,距离相隔越远,整体的无序性越强,但是同一个晶子又是有序的,与晶体比较就是近程有序、不规则、不连续。
另外一个学说就是无规则网络学说,这一学说参照玻璃的一些性能与相应晶体相似性提出来的,认为认为玻璃近程有序性和晶体一致,都是由阴离子形成三面体或四面体结构,然后再通过多面体的顶角相连接形成网络结构,但其排列却和晶体不同,为拓扑无序。
进而对能形成玻璃的氧化物提出了要求:氧离子最多同两个阳离子相连接;围绕一个阳离子的氧离子数目不应过多,以三到四个为宜;这些氧多面体要以顶角相连不能以边和面相连;每个多面体中至少有三个氧离子与相邻的多面体相连形成三维空间发展的无规则连续网络。
由以上的条件可知三氧化硼、二氧化硅、氧化锗、五氧化二磷、五氧化二钒、五氧化二钽、五氧化二砷、五氧化二锑等可以形成玻璃多面体网络的结构单元,也就是分子骨架。
而一些氧化纳、氧化镁、氧化钙不能满足作为骨架的条件,只能作为网络外体,填充在空间空隙中。
玻璃形成所含有的氧化物事多样的,可进一步区分为网络形成体、网络外体和中间体氧化物。
无规则网络学说着重说明了玻璃结构连续性、统计均匀性和无序性,可以解释玻璃的各向同性、内部性质均匀性和随成分改变玻璃性质变化连续性等特点而获得广泛应用。
事实上玻璃的晶子学说和无规则网络学说都只是玻璃这个复杂结构中的部分性质,玻璃结构从宏观上看是无序、均匀、连续的,从微观上看又是有序、微不均匀和不连续的。
目前有那么多学说,可依然没有统一、公认的玻璃结构理论形成,可见认识一件新事物有一个复杂而漫长的过程,但是通过不断地学习与思考,我们终将会不断地加深认识以及物质的生产与应用。
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