Photoelectron spectroscopy (ESCA) on alkali Silicate- and soda aluminosilicate glasses

Abstract

Fotoelektronenspektroskopische Untersuchung (ESCA) von Alkalisilicat- und Natrium-Alumosilicatgläsern Die Fotoelektronenspektren von SiO₂-Gläsern (Suprasil W, Infrasil, Suprasil), Natriumsilicatgläsern mit Zusammensetzungen von 9 bis 40 Gew.-% Na₂O, Alkalisilicatgläsern mit 16 Mol-% Me₂0 (Me: Li, Na, K, Cs) und Natrium-Alumosilicatgläsern der Zusammensetzung (2,5 - x) Na₂O · xAI₂O₂ · 5SiO₂ (x = 0,1 bis 1,5 in Abständen von 0,2) wurden gemessen. Mit diesen Spektren ist eine Unterscheidung zwischen brücken- (Obr) und nichtbrückenbildenden Sauerstoffatomen (Onbr) möglich. Die Intensität der Is-Fotoelektronen der nichtbrückenbildenden Sauerstoffatome (Onbr) wächst mit zunehmendem Alkalioxidgehalt, und die Verschiebung der Onbr Is-Linie zu geringeren Energien hin wächst in der Reihenfolge Li- -> Na- -> K- -> Cs-Silicatglas, d. h. mit zunehmender Alkalität oder mit abnehmender Elektronegativität bzw. mit zunehmender Elektronendichte an den Sauerstoffatomen Onbr- Mit zunehmenden x-Werten der Natrium-Alumosilicatgläser wird eine Abnahme der Intensität der Onbr Is-Fotoelektronen beobachtet, und für x > 1 kann kein Onbr mehr festgestellt werden. Aus den „chemischen Verschiebungen" der Ο Is-Fotoelektronenlinien ergeben sich Schlußfolgerungen über die Nahordnungsstruktur und die Natur der chemischen Bindung in diesen Gläsern. The photoelectron spectra of silica glasses (Suprasil W, Infrasil, Suprasil), sodium Silicate glasses with compositions from 9 to 40 wt.-% NajO, alkali Silicate glasses with 16 mol-% MczO (Me: Li, Na, K, Cs), and sodium aluminosilicate glasses with the compositions (2,5 - x) Na₂O · xAI₂O₃ · 5 SiO₂ (x = 0,1 to 1,5 in intervals of 0,2) were measured. A discrimination between bridging (Obr) and nonbridging oxygen atoms (Onbr) is possible. The intensity of the Ο Islines of the non-bridging oxygens (Onbr) increases with increasing alkali oxide content, and the shift of the Onbr Is-line to lower energies increases in the sequence Li- -> Na- -> K- -> Cs-silicate glass, that means with increasing alkality or with decreasing electronegativity or with rising electron density at the oxygen atoms Onbr- With increasing x-values of the sodium aluminosilicate glasses a decrease of the intensity of the Onbr Is-photoelectrons is observed and for x > 1 no Onbr could be detected. From the "chemical shift" of the Ο Is-photoelectron lines conclusions are made concerning the low ränge order structure and the nature of the chemical bond in these glasses. Etude par spectrometrie des photoélectrons (ESCA) des verres de Silicate alcalin et des verres d'aluminosilicate alcalin Les spectres des photoélectrons des verres de silice (Suprasil W, Infrasil, Suprasil), des verres de Silicate de sodium dont la teneur en NajO se situe entre 9 et 40% en poids, des verres de Silicate alcalin à 16 mol % de Me (Me: Li, Na, K, Cs) et des verres d'aluminosilicate de sodium (2,5 — x) Na₂O · xAl₂O₃ · 5 SiO₂ (x = 0,1 à 1,5 par quantités discrètes de 0,2) ont été mesures. Ces spectres permettent de différencier les atomes d'oxygène pontants et non pontants. Dans les verres de Silicate alcalin, l'intensité des électrons Is des atomes d'oxygène non pontant croît avec la teneur en oxyde alcalin, et le déplacement de la raie 1s des oxygènes non pontants vers les énergies plus faibles croît dans le sens Li -> Na -> Κ -> Cs, c'est-à-dire lorsque la basicité croît ou que l'électronégativité diminue ou que la densité électronique des atomes d'oxygène non pontant croît. Dans les verres d'aluminosilicate de sodium, lorsque x croît, on observe une diminution de l'intensite des photoélectrons 1s des oxygènes non pontants et celle-ci disparaît pour x > 1. Des «deplacements chimiques» des raies des photoélectrons 1 s des atomes d'oxygène, on peut tirer des conclusions sur la structure d'ordre proche et sur la nature de la liaison chimique dans ces verres.