Kinetic model of silicate melts : Equilibrium case

Abstract

Basing on the experimental evidence that in silicate melts silicon is always tetrahedrally coordinated by oxygen and that these structural units principally are able to form polyanionic structures by sharing oxygen atoms between two tetrahedra a kinetic model for the description of silicate melts is developed. As basic kinetic events in such systems the diffusive motion of individual polyanions and the interchange of structural units between different polyanions by condensation and splitting reactions are taken into account. The balance relations formulated for each polyanionic species separately lead to a system of differential equations which are coupled through the reaction terms. The calculation of polyanion distributions corresponding to a dynamical equilibrium is possible and allows principally the estimation of the degree of branching and intramolecular condensation in the melt. In Silicatschmelzen konnte experimentell nachgewiesen werden, daß Silicium immer ein tetraedrisches Polyeder mit Sauerstoff bildet. Diese Struktureinheiten bilden polyanionische Strukturen über Brückensauerstoffatome zwischen den Tetraedern. Hierauf aufbauend wird ein kinetisches Modell für die Beschreibung von Silicatschmelzen entwickelt. Als grundlegende kinetische Vorgänge in diesen Systemen werden die Diffusion von individuellen Polyanionen und der Austausch von strukturellen Einheiten zwischen verschiedenen Polyanionen durch Verknüpfungs- oder Spaltungsreaktionen angesehen. Die für jede einzelne polyanionische Spezies aufgestellten Bilanzbeziehungen führen zu einem System von Differentialgleichungen, die über die Reaktionsbeziehungen verknüpft sind. Hiermit ist die Berechnung der Polyanionenverteilung für ein dynamisches Gleichgewicht möglich, woraus grundsätzlich der Beitrag von Verzweigungen und intramolekularer Kondensation abgeschätzt werden kann.