Holics László (szerk.)

Fizika


29.4.3. A szilikátüvegek szerkezete

A közönséges üvegek – a szilikátüvegek – alapanyaga a kristályos szilícium-dioxid (SiO2), a kvarchomok. A kémiai név (és az SiO2 képlet) a szilícium- és az oxigénatomok arányát tükrözi.
A szilícium-dioxid kristályszerkezete tetraéderes egységekből épül fel. A tetraéder csúcsaiban négy oxigénatom helyezkedik el, a tetraéder közepén pedig – a nagyméretű oxigénatomoktól körülfogva – foglal helyet a kis szilíciumatom. A 29.7. ábrán bemutatott SiO4 tetraéderek szabályos összekapcsolódásával épül fel a kvarckristály. (A kvarckristály szerkezete emlékeztet az ugyancsak tetraéderes egységekből felépülő jég kristályszerkezetére)
29.7. ábra
A kvarckristály 1710 °C-on megolvad, de ha hűtjük az olvadékot, rendszerint nem kristályos anyag, hanem üveg keletkezik. A kvarc esetében ugyanis az egyszerű lehűlés is túl gyors ahhoz, hogy a szabályos kristályszerkezet alakuljon ki. A kvarckristály és a kvarcüveg szerkezetének összehasonlítására a térbeli szerkezet könnyen ábrázolható síkbeli vetületét használjuk.
A kvarckristály síkbeli vetületét mutató 29.8. ábrán a fekete körök a szilícium-, a fehérek az oxigénatomokat jelölik. A síkban minden Si-atom 3 oxigénnel kapcsolódik. A térbeli szerkezetben a szomszédos Si-atomok felváltva, egyszer a rajz síkja alatt, máskor a rajz síkja felett kapcsolódnak a negyedik oxigénhez, és így kötik össze a rétegeket. A kvarckristály síkbeli rajza szabályos, egyforma hatszögű gyűrűkből áll.
29.8. ábra
A kvarcüvegben a szabályos rácsszerkezet helyett szabálytalan térbeli hálószerkezet alakul ki, amelyet a 29.9. ábra szemléltet a síkban. Megfigyelhető, hogy az atomok kapcsolódási módja a kvarcüvegben hasonló a kristálybelihez.
A kvarcüveg fizikai tulajdonságait a szerkezete magyarázza. Az atomokat térhálóba összetartó kötés igen erős, kapcsolódó atomok gyakorlatilag helyhez kötöttek, ezért az üveg kemény, szobahőmérsékleten rideg, törékeny. A hőmérséklet emelésével a hálószerkezet fokozatosan felszakadozik, miközben az üveg egyre inkább alakíthatóvá válik. Az üveg hálószerkezetét összetartó kötés ionos–kovalens jellegű, a kötést létrehozó elektronok energiája olyan alacsony, hogy közönséges fény hatására az elektronok nem gerjesztődnek – az üveg ezért színtelen és átlátszó.
29.9. ábra
A hétköznapi célokra kevés kvarcüveget használunk. Ennek az az oka, hogy a kvarcüveg lágyulása csak olyan magas hőmérsékleten következik be, amely már rendkívül megnehezíti az üveg feldolgozását. A nagy mennyiségben előállított közönséges üvegek azáltal válnak a kvarcüvegnél jóval alacsonyabb hőmérsékleteken feldolgozhatóvá, hogy a gyártás során a SiO2 olvadékhoz különféle fémoxidokat adagolnak. A fémionok megbontják a kvarcüveg zárt hálószerkezetét, ennek következtében az üveg lágyuláspontja csökken, alakíthatósága javul.
A leggyakoribb ablaküveg például nátrium-oxid és kalcium-oxid adagolásával készülő ún. „nátronüveg” vagy „mész-alkáli” üveg. A nátronüveg síkbeli szerkezetét illusztrálja a 29.10. ábra.
29.10. ábra
Az olvadékban a Na+ ionok a szilíciumionokat kiszorítva a hálószerkezet oxigénatomjaihoz kapcsolódnak. A fémionok azonban csak egy kötést tudnak kialakítani, ezért a térbeli hálószerkezet felszakadozik.

Fizika

Tartalomjegyzék


Kiadó: Akadémiai Kiadó

Online megjelenés éve: 2017

Nyomtatott megjelenés éve: 2009

ISBN: 978 963 454 046 5

A könyv alapmű, az érettségire, felvételire készülő középiskolások, a felsőoktatásban fizikát hallgatók, illetve tanáraik, oktatóik kipróbált segédeszköze. Sikerének titka a legváltozatosabb olvasói rétegek igényeihez szabott letisztult tárgyalásmódja, áttekinthető, arányos szerkezete és bőséges szemléltető ábraanyaga. A szerzők világosan bemutatott axiómákból és alapfogalmakból indulva lépésről lépésre vezetik le a fizikai törvényeket és összefüggéseket. Az első három főfejezet a klasszikus fizikát (mechanika, termodinamika, elektrodinamika és optika), a továbbiak a modern fizikát (relativitáselmélet, atomfizika és kvantummechanika, sokrészecske-rendszerek leírása, anyagszerkezettan, magfizika, elemi részek és az univerzum) tárgyalják; a tájékozódást név- és tárgymutató segíti. A mostani kiadást a modern gyakorlati alkalmazásokkal foglalkozó, új fejezetek és a teljesen felújított, közel 900 ábrából álló képanyag teszi valóban korszerűvé. A fizika története egyidős az emberi gondolkodáséval. Az emberiséggel együtt fejlődő tudományág mindennapjainkba régóta beépült eredményeit és izgalmas új felfedezéseit összefoglaló kézikönyvet jó szívvel ajánljuk vizsgára készülőknek, egykori vizsgázóknak, a fizika barátainak és minden természettudományos érdeklődésű olvasónak.

Hivatkozás: https://mersz.hu/holics-fizika//

BibTeXEndNoteMendeleyZotero

Kivonat
fullscreenclose
printsave