Sodium/silver ion exchange between a non-bridging oxygen-free boroaluminosilicate glass and nitrate melts

Abstract

A sodium boroaluminosilicate glass, in which no non-bridging oxygen could be detected, is contacted with AgNO3—NaNO3 melts at 375 °C. A diffusion-controlled Na+/Ag+ exchange has been observed in the bulk of the glass up to a degree of exchange of 70 % (Fickian behaviour). For a higher degree of exchange network-structure relaxation processes appear as a result of the viscosity-lowering effect of silver, causing a change of the diffusion conditions during the ion exchange in the glass (non-Fickian behaviour) . The time-independent equilibrium concentrations at the glass surface refer to a remarkable affinity of the glass for the highly polarisable Ag+ cations (degree of exchange: 98 %). This result can be explained by coordinative binding of silver on the basic bridging oxygen of the AlO4/2 tetrahedrons into the glass network. An einem Natrium-Boroalumosilicatglas, in dem kein nichtbrückenbildender Sauerstoff nachgewiesen werden konnte, wird beim Kontakt mit AgNO3-NaNO3-Schmelzen bei 375 °C im Glasvolumen ein diffusionsbestimmter Na+/Ag+ -Austausch bis zu Substitutionsgraden von 70 % beobachtet (Ficksches Verhalten). Bei höheren Austauschgraden treten zusätzlich infolge der viskositätssenkenden Wirkung des Silbers Netzwerk-Strukturrelaxationsprozesse auf, wodurch sich die Diffusionsbedingungen während des Ionenaustausches im Glas ändern (nicht-Ficksches Verhalten). Die zeitunabhängigen Gleichgewichtskonzentrationen an der Glasoberfläche weisen auf eine beachtliche Affinität des Glases ohne nichtbrückenbildenden Sauerstoff für die stark polarisierbaren Ag+-Kationen hin (Austauschgrad: 98 %). Dieser Befund wird durch eine koordinative Einbindung des Silbers am basischen Brückensauerstoff der AlO4/2-Tetraeder in das Glasnetzwerk erklärt.