二元及三元硼酸盐及硅酸盐系统玻璃生成规律
4.6 典型玻璃结构-26张
2 2~2.5
硅氧结构
网络(SiO2) 网 络
四面体[SiO4]状态
Si
Si
O
Si
2.5 2.5~3.0
网
络
Si
网络和链 或环
Si
O
Si
玻璃类型
O/Si 3.0
硅氧结构 链或环
四面体[SiO4]状态
Si
3.5
4.0
群状硅酸盐离子团SiO NhomakorabeaSi
岛状硅酸盐
Si
玻璃类型
四面体[SiO4]的网络状态与R+1、R+2等
4.6 典型玻璃类型
通过桥氧形成网络结构的玻璃称为
氧化物玻璃。
典型的玻璃形成的氧化物是SiO2、
B2O3、P2O5、和GeO2,制取的玻璃，在
实际应用和理论研究上均很重要。
一、硅酸盐玻璃
玻璃类型
这是实用价值最大的一类玻璃，由于SiO2等原 料资源丰富，成本低，对常见的试剂和气体有良 好的化学稳定性，硬度高，生产方法简单等优点 而成为工业化生产的实用价值最大的一类玻璃。
氧化硼玻璃的结构：
玻璃类型
(1) 从B2O3玻璃的RDF曲线证实，存 在三角体 ([BO3]是非常扁的三角锥体，几 乎是三角形) 相互连结的硼氧组基团。 (2) 按无规则网络学说，纯B2O3玻璃的 结构可以看成由[BO3]无序地相连而组成 的向两度空间发展的网络(其中有很多三 元环)。
玻璃类型
B－O键能498kJ/mol,比Si－O键能 444kJ/mol大，但因为B2O3玻璃的层状或 链状结构的特性，任何 [BO3]附近空间并不 完全被三角体所充填，而不同于[SiO4]。
1、石英玻璃：石英玻璃是由[SiO4]四面体以顶角 相连而组成的三维网络，Si的配位数为4，O的配 位数为2，Si－O键长为0.162nm,O－O键长为 0.265nm
玻璃化学
考试方式：闭卷或开卷考试。
第一章 玻璃结构
§1 -1、玻璃的特征和转变 1、玻璃的特征 玻璃的定义： 玻璃是一种具有无规则结构的非晶态固体，其原子
不像晶体那样在空间作长程有序的排列，而近似于 液体那样具有短程有序。
玻璃态物质具有以下几个特性
102二元或多元系统的玻璃形成区往往在低共熔点线面附近1该组分系统的熔点降低在凝固点的热振动能较低特别对于析晶活化能比热振动能相对的大很多时就不易析晶易形成玻璃说明了tgtm值较大时已形成玻璃的原因tg点时玻璃才能稳定故tg越高越易成玻璃2在熔体冷却过程中原子团或离子团重新排列不仅取决于原子团的大小与结构并与质点相遇组成晶格的几率有关
慢冷R 1
Fulda测出Na－Ca－Si玻璃：
(a) 加热速度(℃/min) 0.5 1
5
9
Tg(℃)
468 479 493 499
(b) 加热时与冷却时测定的Tg温度应一致。 实际测定表明玻璃化转变并不是在一个确定 的Tg点上，而是有一个转变温度范围。
结论：玻璃没有固定熔点，玻璃加热变为熔 体过程也是渐变的。
G
dG
dT
dG
dT
d 2G dT 2
G
ab
d 2G dT 2
cd
Tg
Tf
2．玻璃的转变
转变温度范围Tg～Tf温度区间的大小决 定于玻璃的化学组成。对一般玻璃来说，这 一温度区间的温度变动范围由几十度到几百 度。
在Tg～T温度范围内及其附近的结构变 化情况，可以从三个温度范围来说明：
在 Tf以上：
应于bC或bC段的温度区，介于Tg和 Tf间）Tg相应于 1012Pa.s粘度的温 度，称转变点。在该温度时，可以消除玻璃制品中的内应力，因而也 称为退火温度或转变温度。Tf称为软化点，相应于 108 Pa.s粘度的温度 。 在 Tg和Tf 间（称为玻璃转变温度区）玻璃性质随温度的变化并不呈直 线。 综上所述，任何物质只要具有上述四个基本特征，不论它们的化学 组成如何都可称为玻璃。
硼酸溶解玻璃
硼酸溶解玻璃硼酸是一种无机化合物，具有溶解玻璃的能力。
玻璃是由二氧化硅和其他氧化物组成的非晶态物质，通常在高温下熔化并冷却成固体。
然而，硼酸可以与玻璃发生化学反应，导致玻璃的溶解。
我们来了解一下硼酸的化学性质。
硼酸的化学式为H3BO3，它是一种白色结晶固体，可溶于水。
当硼酸溶解在水中时，会形成硼酸离子，即B(OH)4-。
这些离子具有很强的腐蚀性，可以与玻璃表面的硅酸根离子反应，导致玻璃的溶解。
硼酸溶解玻璃的过程可以简单描述如下：硼酸溶液中的硼酸离子与玻璃表面的硅酸根离子发生反应，生成硼酸硅酸盐。
这种反应是一个中性化反应，即硼酸离子中的氢离子与硅酸根离子中的氢离子结合形成水，同时硼酸离子中的硼与硅酸根离子中的硅结合形成硼酸硅酸盐。
这种反应导致玻璃表面的硅酸根离子减少，玻璃逐渐溶解。
硼酸溶解玻璃的速度取决于多个因素，包括硼酸的浓度、温度、反应时间等。
一般来说，较高浓度的硼酸溶液和较高温度可以加速玻璃的溶解。
此外，反应时间也是一个重要因素，长时间的接触可以使硼酸更好地与玻璃反应，从而加速溶解过程。
需要注意的是，硼酸溶解玻璃是一个相对较慢的过程，尤其是对于厚度较大的玻璃。
在实际应用中，通常需要较长的时间才能达到显著的溶解效果。
此外，硼酸的腐蚀性也需要注意，必须采取适当的安全措施来避免对人体和环境造成伤害。
除了硼酸，还有其他一些化合物也可以溶解玻璃，例如氢氟酸。
与硼酸不同的是，氢氟酸是一种强酸，具有更强的腐蚀性。
因此，在实验室或工业中，通常使用氢氟酸来溶解玻璃。
然而，由于其强酸性和危险性，使用氢氟酸需要极高的安全意识和操作技能。
总结起来，硼酸是一种可以溶解玻璃的化合物。
其溶解玻璃的过程是通过与玻璃表面的硅酸根离子发生反应，生成硼酸硅酸盐的中性化反应。
硼酸溶解玻璃的速度取决于硼酸浓度、温度和反应时间等因素。
然而，需要注意硼酸的腐蚀性和安全问题。
除了硼酸，氢氟酸也可以溶解玻璃，但其使用需要更高的安全措施。
玻璃体系分类
玻璃体系分类玻璃是一种非晶态固体，其原子或分子结构没有长程的周期性排列。
它具有无序的、非晶态的结构特征，因此在光学、电学和力学等方面表现出独特的性质。
玻璃可以根据不同的分类标准进行分类，本文将介绍几种常见的玻璃体系分类方式。
1. 化学成分分类根据玻璃中主要元素的组成，可以将玻璃分为硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、氧化物玻璃等不同类型。
1.1 硅酸盐玻璃硅酸盐玻璃是指以二氧化硅（SiO2）为主要成分，并添加适量碱金属氧化物（如氧化钠、氧化钾）和碱土金属氧化物（如氧化钙、氧化镁）等制成的玻璃。
常见的硅酸盐玻璃包括常见窗户玻璃、容器玻璃等。
1.2 硼硅酸盐玻璃硼硅酸盐玻璃是指以硼酸盐（如硼砂）和二氧化硅为主要成分的玻璃。
相比硅酸盐玻璃，硼硅酸盐玻璃具有较低的熔点和更好的耐热性能。
它常被用于制备耐高温容器、光纤等。
1.3 氧化物玻璃氧化物玻璃是指以金属氧化物为主要成分的玻璃，常见的有碱金属氧化物（如氧化钠、氧化钾）、碱土金属氧化物（如氧化镁、氧化钙）等。
这类玻璃通常具有较高的折射率和较好的光学性能，广泛应用于光学器件制造等领域。
2. 特性分类根据玻璃的特性，可以将其分为导电玻璃、透明陶瓷、光纤等不同类型。
2.1 导电玻璃导电玻璃是一种能够导电的特殊类型的玻璃。
它在制备过程中添加了导电材料（如氧化锡、氧化铟等），使得玻璃具备了导电性能。
导电玻璃常用于触摸屏、显示器件等领域。
2.2 透明陶瓷透明陶瓷是一种具有高透明度和较好耐高温性能的陶瓷材料。
它通常由氧化物和非氧化物相组成，通过特殊的制备工艺获得。
透明陶瓷在军事、航空航天等领域有广泛的应用，如制作窗口、护目镜等。
2.3 光纤光纤是一种由玻璃或塑料制成的细长材料，具有优异的光传输性能。
它广泛应用于通信领域，实现了远距离的光信号传输。
光纤根据不同的应用需求可以分为单模光纤和多模光纤。
3. 制备方式分类根据玻璃的制备方式，可以将其分为浮法玻璃、注射成型玻璃、拉伸法制备玻璃等不同类型。
玻璃制作的原料和原理
玻璃制作的原料和原理
一、玻璃制作的原料：
如石英砂、硼砂、硼酸、重晶石、碳酸钡、石灰石、长石、纯碱等为主要原料，另外加入少量辅助原料制成的。
二、玻璃制作的原理：
普通的浮法玻璃的主要成分是硅酸钙和硅酸钠,主要反应如下:
Na2CO3+SiO2 =(高温)Na2SiO3+CO2
CaCO3+SiO2=(高温)CaSiO3+CO2
三、工艺:
主要包括:①原料预加工.将块状原料(石英砂、纯碱、石灰石、长石等)粉碎,使潮湿原料干燥,将含铁原料进行除铁处理,以保证玻璃质量.②配合料制备.③熔制.玻璃配合料在池窑或坩埚窑内进行高温(1550~1600度)加热,使之形成均匀、无气泡,并符合成型要求的液态玻璃.④成型.将液
态玻璃加工成所要求形状的制品,如平板、各种器皿等.⑤热处理.通过退火、淬火等工艺,清理或产生玻璃内部的应力、分相或晶化,以及改变玻璃的结构状态.。
玻璃知识点资料整理总结
玻璃知识点资料整理总结1、混合碱效应在二元碱硅玻璃中，当玻璃中碱金属氧化物的含量不变时，用一种碱金属氧化物取代另一种氧化物时，玻璃的性质不是呈直线变化，而是出现明显的极值。
这一效应叫做混和碱效应。
2、硼反常Na2O-B2O3-SiO2系统玻璃中，如果氧化硼的含量超过一定限度时，结构和性质会发生逆转现象，在性质变化曲线上则出现极大值或极小值，这种现象称为“硼反常”现象。
3、混合键为何容易形成玻璃因为混合键既具有离子键易改变键角、易形成无对称变形的趋势，又具有共价键的方向和饱和性，不易改变键长和键角的倾向。
前者造成玻璃的长程无序；后者赋予玻璃的短程有序，因此易形成玻璃。
4、简述玻璃的通性具有各向同性；无固定熔点；介稳性；性质变化的连续性与可逆性5、澄清剂工作原理澄清的过程就是:首先使气泡中的气体、窑内气体与玻璃液中物理溶解和化学结合的气体之间建立平衡,再使可见气泡漂浮于玻璃液表面而加以消除。
在高温澄清过程中，溶解在玻璃液内的气体、气泡中的气体及炉气这三者间会相互转移与平衡，它决定于某类气体在上述三相中的分压大小，气体总是由分压高的一相转入分压低的另一相中。
澄清剂的原理就是使气泡体积增大，使气泡上升速度加快。
澄清过程中，气泡的消除有两种方式： 1）使气泡体积增大，加速上升，漂浮于玻璃液表面后破裂消除；（2）使小气泡中的气体组分溶解于玻璃液中，气泡被吸收而消失6、简述玻璃的澄清原理。
（1）化学澄清机理：化学澄清剂应在较高温度下形成高压分解（蒸发压），即在熔化的配合料排气过程基本结束而熔体的粘度足够低时，即可使气泡足够大使得速度提升。
（2）物理澄清机理：根据采用的方法不同，机理也不同。
①降低的方法：设法将温度提高，达到气泡快速离开玻璃的目的；②利用玻璃液流的作用，将尽可能的在熔体表面受到尽可能高的温度作用；③采用机械法搅动熔体，使熔体剧烈运动，从而使熔体受热均匀、化学均匀和排气，对消除作用不大；④通过声波或超声波将能量传到分子范围而使其产生强烈运动，从而加速熔体中气体的扩散，促使气泡核的形成，有助于熔体中的气体的排出；⑤采用真空或加压的方法，将熔体上的压力降到极小，使气泡长大，加速气泡上升，并且还有减少熔体中气体含量的作用；⑥在使过饱和熔体排出气或避免熔体到达过饱和的方法中，使玻璃熔体析晶后再熔化一次，在析晶时可以形成大量的气泡核，而且由于溶解度条件的改变使气体排出形成气泡。
玻璃分解过程实验报告
一、实验目的1. 了解玻璃的化学成分和性质。
2. 掌握玻璃分解实验的操作步骤。
3. 分析玻璃分解过程中的化学反应。
二、实验原理玻璃是一种非晶态无机非金属材料，主要由硅酸盐、硼酸盐、铝酸盐、磷酸盐等化合物组成。
在高温下，玻璃可以发生分解反应，分解产物包括硅酸盐、氧化硼、氧化铝等。
本实验通过高温加热玻璃，使其分解，观察分解过程和产物。
三、实验仪器与试剂1. 仪器：高温炉、天平、烧杯、玻璃棒、酒精灯、试管、酒精、蒸馏水、干燥剂等。
2. 试剂：玻璃样品、氢氧化钠、盐酸、硫酸铜、硫酸铁等。
四、实验步骤1. 称取一定量的玻璃样品，准确至0.01g。
2. 将玻璃样品放入烧杯中，加入适量的蒸馏水，用玻璃棒搅拌，使玻璃样品充分溶解。
3. 将溶解后的玻璃溶液过滤，收集滤液。
4. 将滤液加入适量的氢氧化钠溶液，搅拌均匀，观察沉淀现象。
5. 将沉淀过滤，用蒸馏水洗涤沉淀，直至洗涤液无色。
6. 将洗涤后的沉淀加入适量的盐酸溶液，观察沉淀溶解现象。
7. 将溶解后的溶液加入适量的硫酸铜溶液，观察沉淀颜色变化。
8. 将溶液加入适量的硫酸铁溶液，观察沉淀颜色变化。
9. 记录实验数据，分析玻璃分解过程中的化学反应。
五、实验结果与分析1. 实验过程中，玻璃样品在高温下发生分解反应，生成硅酸盐、氧化硼、氧化铝等产物。
2. 加入氢氧化钠溶液后，观察到沉淀现象，说明玻璃样品中含有硅酸盐。
3. 加入盐酸溶液后，沉淀溶解，说明硅酸盐与盐酸反应生成可溶性盐。
4. 加入硫酸铜溶液后，观察到蓝色沉淀，说明溶液中含有铜离子。
5. 加入硫酸铁溶液后，观察到红色沉淀，说明溶液中含有铁离子。
六、实验结论通过本实验，我们了解了玻璃的化学成分和性质，掌握了玻璃分解实验的操作步骤，并分析了玻璃分解过程中的化学反应。
实验结果表明，玻璃在高温下可以发生分解反应，生成硅酸盐、氧化硼、氧化铝等产物。
在实验过程中，通过观察沉淀现象和颜色变化，我们可以初步判断玻璃样品中含有的化学成分。
玻璃体系分类
玻璃体系分类
玻璃体系是指由一定比例的玻璃形成的物质组成，其性质和结构与晶
体不同。
根据玻璃的组成和性质，可以将玻璃体系分为以下几类：
1. 硅酸盐玻璃体系：硅酸盐玻璃体系是指以SiO2为主要成分的玻璃。
硅酸盐玻璃可以通过改变其它氧化物的含量来改变其性质，如加入
Al2O3可以提高硬度和耐蚀性。
2. 磷酸盐玻璃体系：磷酸盐玻璃体系是指以P2O5为主要成分的玻璃。
这种类型的玻璃通常用于医学和生物学领域，因为它们具有良好的生
物相容性。
3. 氧化物玻璃体系：氧化物玻璃体系是指以金属氧化物为主要成分的
玻璃。
这种类型的玻璃具有优异的光学、电学、导电和介电性能等特点。
4. 硫代硼酸盐（SBS）玻璃体系：SBS 玻璃体系是指以硫代硼酸盐为
主要成分的玻璃。
这种类型的玻璃具有高的折射率和低的色散，因此
在光学和电子学领域得到广泛应用。
5. 金属玻璃体系：金属玻璃体系是指由金属原子和非金属原子组成的
一种非晶态合金。
这种类型的玻璃具有高强度、高硬度、高耐腐蚀性
和良好的导电性能等特点，被广泛应用于航空航天、电子器件等领域。
综上所述，根据不同成分和性质，可以将玻璃体系分为硅酸盐、磷酸盐、氧化物、SBS 和金属五类。
每种类型的玻璃都有其特定的应用领
域和优点。
材料科学基础复习要点
材料科学基础复习要点第三章、熔体和玻璃1、熔体的概念：不同聚合程度的各种聚合物的混合物硅酸盐熔体的粘度与组成的关系，粘度的理论解释。
粘度随碱性氧化物含量增加而剧烈降低粘度随O/Si比值的上升而下降。
当Al2O3/Na2O≤1时，用Al2O3代替SiO2可以起“补网”作用，从而提高粘度硅酸盐熔体粘度大小的主要因素是硅氧四面体网络连接程度。
绝对速度理论自由体积理论过剩熵理论2、非晶态物质的特点：近程有序而远程无序。
3、玻璃的通性：各向同性介稳性熔融态向玻璃态转化的可逆与渐变性熔融态向玻璃态转化时其物化性质随温度变化的连续性4、Tg、Tf , 相对应的粘度和特点玻璃化温度、脆性温度，是退火的上限温度。
粘度均为1012~1013 dPa·s。
可拉成丝的最低温度，软化温度，相当于粘度等于109dPa?S5、网络形成体、网络变性体、网络中间体6、玻璃形成的热力学、动力学、结晶化学观点熔体是物质在TM以上存在的一种高能状态。
据随温度降低，熔体释放能量大小不同，冷却途径分为三种：1. 结晶化2. 玻璃化3. 分相影响析晶因素?成核速率Iv和晶体生长速率u ?需要适当的过冷度离子共价混合键既具有离子键易改变键角、易形成无对称变形的趋势，有利于造成玻璃的远程无序又有共价键的方向性和饱和性，不易改变键长和键角的倾向，造成玻璃的近程有序，因此容易形成玻璃。
7、玻璃的结构学说（二种玻璃结构学说的共同之处和不同之处）晶子学说：玻璃由无数的“晶子”组成。
它分散于无定形的介质中，并且“晶子”到介质的过渡是逐渐完成的，两者之间无明显界线。
无规则网络学说:形成玻璃的物质与相应的晶体类似，形成相似的三维空间网络,这种网络是由离子多面体通过桥氧相连，向三维空间无规律的发展而构筑起来的玻璃是具有近程有序、远程无序结构特点的无定形物质。
晶子假说着重于玻璃结构的微不均匀和有序性。
无规则网络学说着重于玻璃结构的无序、连续、均匀和统计性。
工业生产玻璃的化学方程式
工业生产玻璃的化学方程式
工业生产玻璃的化学方程式是一个复杂的过程，涉及多个化学反应。
在这篇文章中，我将详细解释这些反应，并符合标题中心扩展下的描述。
1. 硅酸盐熔融反应：
工业生产玻璃的第一步是将硅酸盐原料（如石英砂）与碱金属氧化物（如碳酸钠）混合，并进行熔融反应。
这个反应的化学方程式可以用以下方式表示：
SiO2 + Na2CO3 → Na2SiO3 + CO2
2. 硅酸盐酸解反应：
接下来，产生的碱性硅酸盐溶液会被酸解，以生成硅酸凝胶。
这个反应可以用以下方程式表示：
Na2SiO3 + H2SO4 → SiO2 + Na2SO4 + H2O
3. 硅酸凝胶聚合反应：
硅酸凝胶会在适当的条件下聚合，形成更稳定的硅酸盐结构。
这个过程可以用以下方程式表示：
nSiO2 + H2O → (SiO2)n + nH2O
4. 硅酸盐熔融反应（再次）：
硅酸盐结构会被再次熔融，以形成玻璃。
这个反应可以用以下方程式表示：
(SiO2)n → 玻璃
在这个过程中，还可能涉及其他辅助反应，以调整玻璃的性质和特性。
例如，添加金属氧化物可以改变玻璃的颜色，添加氟化物可以提高玻璃的耐腐蚀性等。
总结起来，工业生产玻璃的化学方程式涉及硅酸盐熔融、硅酸盐酸解、硅酸凝胶聚合和硅酸盐熔融等反应。
这些反应共同作用，最终形成了我们所熟知的玻璃材料。
通过调整反应条件和添加适当的辅助物质，可以获得不同性质和用途的玻璃产品。
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对二元玻璃实验结果的讨论硼酸盐玻璃中加入网络外离子氧化物后，各氧化物给出“游
离”氧离子，使硼由三第一编第二章玻璃生成规律S啊差室川职2麦示熔化温度太高加入
第二纽分仍可坩加阳离子半径r(A)图1．2—4在Si02．G．8Na20玻璃中生成玻璃区域RmO。
最大加入量角体变为四面
体．
由于四面体[BO+]本身带有负电荷不能直接互相连接，需要有中性离子团隔离．加入氧化物
到一定含量时，[BO，]不再转变成[BO+]，这时加入的“游离”氧将引起硼氧网络结构的破
裂，和在Si02中加入各氧化物使[si04]网络断裂的情：q相同，使玻璃趋向不稳定，从动力
学方面来看，网络断裂愈多融体中离子键愈多、粘度愈小，因此：生成结晶的机会也愈多．在
二元系统玻璃中，当加入氧化物RnlO。寸，一方面各氧化物给出“游离”氧离子，使网络
断开，同时R离子也极力要求周围的氧离子按其配位数排列．
假如R对O的作用力很小时(R-O键强度或电场强度s／d’小)，R。O。给出的“游离”
氧促使Si-O-Si断裂，网络结构受R的积聚作用较小，这寸玻璃结晶主要是断网作用所引
起．但在阳离子R对O的作用力很大寸(郎窟／。’很大)则阳离子R有可能将周围的氧按其
§I．2—4二元及三元硼酸盐及硅酸盐系统玻璃生成规律配位数来排列(图1．2-5)。这样会
产生两种结果：i)如R能取得氧而自成带电的四面体[R04]时，则玻璃容易产生分相，如加
入B20a，Gs203，A103后易生成[BO，)，[Ga04]，[A104]等；㈠如阳离子R不能成四面体，
则玻璃容易结晶及分相．
因此阳离子R的极化率口小或场强度-／(1’大时，玻璃生成范围远小于斯梯弗斯
(Ste~els)1171、慕尔和今冈稔等人所推得的极限．加入三价以上的非玻璃生成休氧化
物．Jx~lL-Xp-＼，户o，．户／Nr-八(a)图1．2-5硅氧四面体围绕离子R情况(a)配位数为4；
(b)配位数为6时，则同时存在断网和积聚两种作用．一方面加入每一分子氧化物带入两个
以上的氧，如R-O键强度或电场强度较小时，氧将参加到网络中，使两个键断裂．
如R-O键强度及s／d’较大时，则要求按本身需要的配位数排列，产生积聚作用，使玻
璃分相和结晶．因此这类氧化物的成玻璃范围极小。氧化铅在硼酸盐或硅酸盐玻璃中，分子
百分比超过50寸，仍能成稳定的玻璃．对这种现象，目前还有很多不同的解释，有人孰为
由于铅及氧离子的相互极化生成了不对称的六面体[PbOs]‘”’，有人孰为PbO生成两个低
矮的四面体‘19)，合并成[PbOs]，也有人孰为PbO中的pb2+可作为连接的桥，另外有入从
吸收光谱改变得出生成四面体(Pb04]的结论[10I．根据玻璃生成范围的试验数据，在硼铅，
硅铅玻璃中，氧化铅的分子合量可以超过75g6．在1)203-PbO—耻03玻璃系统中，PbO可
达60一?59S；(分子gG)，而作为玻璃生成体的B203低于8g6(分子g6)时，仍能成透明的玻
璃．由此可见，除了PbO能起玻璃生成体的作用外，用其他观点是较难解释的．