NMR-Untersuchungen an Na₂O-AI₂O₃-SiO₂-Gläsern mit Hilfe der chemischen Verschiebung von ²⁷AI-Kernen

Abstract

Use of high resolution ²⁷Al nuclear magnetic resonance measurements of the chemical shift allows regular four co-ordinated Al³⁺ to be identified in Na₂O-Al₂O₃-SiO₂ glasses. The fraction of these regular AIO₄ tetrahedra was related quantitatively to total aluminium content and its dependence on glass composition investigated. It was found that for small molar Al₂O₃: Na₂O ratios almost all the Al³⁺ ions were four co-ordinated. For compositions with constant SiO₂ content the absolute number of AIO₄ tetrahedra at first increases with Al₂O₃: Na₂O molar ratio, up to about Al₂O₃/Na₂O 0,8, as expected but reaches a maximum there. Beyond that a relation was found between the number of regularly four co-ordinated Al³⁺ ions and the SiO₂ : Na₂O ratio. Six co-ordinated Al³⁺ ions cannot be explicitly identified.

En employant la haute résolution à l'état solide de la RMN de ²⁷Al on a pu déceler dans le système ternaire Na₂O-Al₂O₃-SiO₂, par mesure du déplacement chimique, des ions Al³⁺ tétracoordinés formant des tétraèdres réguliers. La fraction de ces tétraèdres (AIO₄) réguliers sur la teneur totale en aluminium a été étudiée quantitativement en fonction de la composition du verre. En outre, on a trouvé, pour de faibles rapports molaires Al₂O₃/Na₂O presque tous les ions Al³⁺tétracoordinés. Pour des compositions ayant une teneur constante en SiO₂, le nombre de tétraèdres (AIO₄), d'après les modèles connus, commence par augmenter avec le rapport molaire croissant Al₂O₃/Na₂O, jusqu'à ce que ce dernier atteigne 0,8 qui représente un maximum. En plus, on a établi une relation entre le nombre d'ions Al³⁺ tétracoordinés formant des tétraèdres réguliers et le rapport SiO₂/Na₂O. Des ions Al³⁺ en coordinence 6 n'ont pas pu explicitement être détectés.

Durch Anwendung der ²⁷Al-NMR-Festkörperhochauflösung konnten im ternären Glassystem Na₂O-Al₂O₃-SiO₂ über die Messung der chemischen Verschiebung regulär eingebaute, vierfachkoordinierte A³⁺-Ionen nachgewiesen werden. Der Anteil dieser regulären [AIO₄]-Tetraeder wurde bezogen auf den Gesamtaluminiumgehalt quantitativ in Abhängigkeit von der Glaszusammensetzung untersucht. Dabei wurden für kleine molare Al₂O₃/Na₂O-Verhältnisse nahezu alle A³⁺-Ionen in tetraedrischer Koordination gefunden. Für Zusammensetzungen mit konstantem SiO₂-Gehalt nimmt die absolute Zahl von [AIO₄]-Tetraedern entsprechend den verbreiteten Modellvorstellungen zunächst mit wachsendem Molverhältnis Al₂O₃/Na₂O zu, bis bereits bei Al₂O₃/Na₂O ≈ 0,8 ein Maximum erreicht wird. Darüber hinaus wurde ein Zusammenhang zwischen der Anzahl regulär vierfachkoordiniert eingebauter Al³⁺-Ionen und dem SiO₂/Na₂O-Verhältnis festgesteht. Sechsfachkoordinierte A³⁺-Io- nen konnten explizit nicht nachgewiesen werden.