非晶、玻璃與液體結構

橋接氧(bridging oxygen)

把玻璃網絡想像成一副由桿子(網狀形成者原子)以短接頭相連的鷹架。每一個從一根桿子伸到另一根桿子、把兩者綁在一起的接頭,就是橋接氧:一個同時鍵結「兩個」網狀形成原子的氧原子,形成把網絡撐在一起的連結。在二氧化矽玻璃中,每一座這樣的橋都是一個矽-氧-矽連結,正是這群橋,使材料成為單一連續的網絡,而不是一堆分離的分子。

在純二氧化矽中,每個氧都是橋接氧。規則很乾淨:每個矽鍵結四個氧,而這些氧每個恰好鍵結兩個矽,因此矽與氧成 1 比 2(SiO2),整塊固體完全交聯。橋處的鍵角——矽-氧-矽角——是讓網絡能彎折的關鍵鉸鏈:在玻璃中它並不固定,而是散布於約 144 度周圍的一個範圍,這種可鉸鏈的自由,正是讓相同的四面體能在沒有長程重複的情況下組裝起來的原因。每一個橋接氧都是一個滿足、完全鍵結的連結,這正是像二氧化矽這種完全橋接的玻璃如此強韌、剛硬、化學惰性的原因。

橋接氧之所以重要,是因為它們的數目直接量度了玻璃網絡有多連通、多聚合,而這種連通性主宰了幾乎一切實務性質:熔點、黏度、硬度與耐久性。加入網狀修飾者發揮作用的方式,正是把橋接氧轉成非橋接氧,因此計算橋接氧(或仍在橋接的氧所占比例)就是玻璃科學家量化網絡結構的方法。一個有用的誠實提醒:「橋接」描述的是氧的「局部」鍵結角色——兩個形成者鄰居——而非任何長程有序。一塊滿是橋接氧的玻璃仍是非晶的;這些橋在局部把網絡連起來,卻不強加任何重複的圖樣。

在純玻璃態二氧化矽中,數一數氧:全部都在橋接,每個把兩個 SiO4 四面體在頂角處綁在一起,於是網絡百分之百連通。熔進一些蘇打,橋接比例便下降——比方降到 80%——因為有些橋被剪斷了。橋接氧這個下降的比例,是一個單一數字,追蹤著玻璃隨修飾者加入而軟化、變弱的過程。

橋接氧鍵結兩個網狀形成者,把網絡連起來;純二氧化矽全是橋。

橋接指的是氧「連結兩個形成原子」的局部角色,而非長程有序。一個全由橋接氧構成的網絡,仍可以是完全非晶的玻璃——連通性與週期性是兩回事。

又称
BObridging oxygen atom橋氧架橋氧