Calcium-Selbstdiffusion in glasigem und kristallinem Na2O ∙ 2 CaO ∙ 3 SiO2

Abstract

Zur weiteren Charakterisierung der Realstruktur glasiger und kristalliner Silicate wurde mit Hilfe des Radioisotops 45Ca die Ca-Selbstdiffusion nach einer Restaktivitätsmethode in Glas und Polykristall der stöchiometrischen Zusammensetzung Na2O ∙ 2 CaO ∙ 3 SiO2 gemessen. Für das Glas gilt zwischen 462 und 653 °C: D = 3,22 ∙ 10^2 exp [-56,1 kcal/RT] cm2/s und für den Kristall zwischen 530 und 918 °C: D = 3,81 ∙ 10^-3 exp [-34,5 kcal/RT] cm2/s. Die Diffusion ist im Glas eindeutig, sie ist dem „Volumen" zuzuordnen, im Gegensatz zum Polykristall, in dem mit fallender Temperatur neben der Volumen- auch die Korngrenzendiffusion immer stärker auftritt. Würde das Ca-Ion im Glas ohne Mitwirken der vorhandenen Na-Ionen diffundieren (analog dem Na-Ion), müßte nach dem COULOMBschen Gesetz eine etwa vierfache Aktivierungsenergie im Vergleich zur Na-Diffusion (27,5 kcal/Mol) auftreten. Wirken jedoch genau zwei Na-Ionen mit, die die infolge einer Fluktuation aufgebrochene Ca-O-Bindung schließen, benötigt das Ca-Ion zur Weiterbewegung um einen Platz die doppelte Energie im Vergleich zum Na, was durch die experimentell bestimmte Ca-Aktivierungsenergie von 56,1 kcal/Mol gut bestätigt wird.