Chemical approach to medium range order in glass

Abstract

The question on medium range order in glass is approached from three different angles. Voltammetric determinations indicate that below 30 mol% alkali oxide, binary lithium silicate melts contain silica clusters, while sodium and potassium silicate melts form discrete ions about 2 nm in size. Regardless of the alkali ion, silica forms complexes with acidic cations. By applying the Lux-Flood acid-base concept, it can be shown that the lithium silicate as well as the acidic sodium silicate melts contain bidentate ligands, while potassium as well as alkaline sodium silicate melts contain monodentate ligands. The complexation of acidic cations is in accordance with expectations from basic concepts of chemical bonding. Die Frage nach dem Ordnungsgrad in Glas über mittlere Reichweiten wird unter drei verschiedenen Aspekten behandelt. Voltammetrische Untersuchungen zeigen, daß für Alkalioxidgehalte von weniger als 30 mol% bei binären Lithiumsilicatschmelzen SiO2-Cluster auftreten, während bei Natrium- und Kaliumsilicatschmelzen sich diskrete Ionen von etwa 2 nm Größe ausbilden. Unabhängig vom Alkaliion bildet Siliciumdioxid Komplexe mit sauren Kationen. Unter Anwendung des Säure-Basen-Konzeptes nach Lux-Flood kann gezeigt werden, daß sowohl die Lithiumsilicat- als auch die sauren Natriumsilicatschmelzen „zweizähnige" Liganden enthalten, während bei Kalium- und bei basischen Natriumsilicatschmelzen „einzähnige" Liganden auftreten. Die Komplexbildung saurer Kationen steht im Einklang mit Erwartungen der Grundkonzepte der chemischen Bindung.