玻璃與玻璃態
非橋接氧(non-bridging oxygen)
非橋接氧是玻璃網路中的一條死路。橋接氧連接兩個網路陽離子,非橋接氧卻只鍵結其中一個,留下另一根懸空、帶負電的鍵,由附近的修飾陽離子如鈉或鈣來安撫。用圖來說,它是一個 Si-O,其鬆端指向一個裝著 Na+ 離子的口袋。每一個非橋接氧都是一階斷掉的階梯,是網路中止而非延續的地方。
非橋接氧由網狀修飾者製造,一次斷一根鍵。把一單位 Na2O 加進矽石,它多出的那個氧把一根 Si-O-Si 橋切成兩半,將一個橋接氧變成兩個非橋接氧,並有兩個 Na+ 離子停在旁邊維持電荷平衡。所以算術很簡單:每一個修飾者的氧會製造兩個非橋接氧。「每個網路陽離子所帶的非橋接氧數」(常寫作 NBO/T)就是衡量一塊玻璃網路解聚、被剪碎到什麼程度的標準尺規。
這個單一數字悄悄掌控一整族的性質,而其中的取捨值得誠實看待。非橋接氧越多,網路越不相連,玻璃的黏度與軟化溫度就越低(容易熔化與成形),但熱膨脹也越高(熱震阻抗越差)、化學耐久性越低,因為那些帶電的脆弱死端正是水與酸最先下手的地方。當人們說鈉鈣玻璃比熔融矽石便宜、好做卻較不耐久時,非橋接氧就是這句話背後的一句話原因。
檢驗的方式是耐久性。把一片熔融矽石(零個非橋接氧)丟進熱鹼中,很長時間幾乎毫無變化。丟一片高蘇打玻璃(很多非橋接氧)進去,它會被明顯蝕刻,因為水會先攻擊那些鈉環繞的脆弱死端,把網路撬開。非橋接氧的數目,實實在在地預測了玻璃腐蝕得多快。
非橋接氧是腐蝕起頭的脆弱帶電位置;它們越多,玻璃越不耐久。
別把非橋接氧誤解成一個孔洞或缺失的原子。那個氧完好存在,並與它唯一的矽鍵結;缺的是它的第二根網路鍵,那根被修飾者剪斷,如今由附近的金屬離子拴住。
又稱
另見