非橋接氧(non-bridging oxygen)
如果橋接氧是把兩根鷹架桿綁在一起的接頭,非橋接氧就是只有一端扣住的接頭——它抓著一根桿子,另一端則懸空晃著。它是一個只鍵結「一個」網狀形成原子(而非兩個)的氧,因此不會跨接到第二個形成者;它是一個鬆散的末端,是連續網絡被剪斷、就此打住的地方。每一個非橋接氧都標記著玻璃網絡中的一道切口。
非橋接氧是在加入網狀修飾者時產生的。在純二氧化矽中,每個氧都橋接兩個矽,但當你把蘇打(Na2O)溶進去,每個多出來的氧離子會把一座矽-氧-矽橋打斷成兩個分開的矽-氧末端:兩個橋接氧變成兩個非橋接氧。這些懸空的氧如今各自只鍵結一個矽、並帶一個淨負電荷,由附近的一個修飾陽離子來平衡——一個停在旁邊空隙中的鈉離子(Na+)。所以非橋接氧總是與修飾離子成對出現,其數目隨你加入多少修飾者而同步上升。計算它們(常以每個形成原子所帶的非橋接氧比例表示)是量度網絡被切得多碎的標準方式。
非橋接氧是修飾者之所以能發揮作用的結構原因。非橋接氧越多,代表把網絡撐在一起的連結越少,於是玻璃在較低溫度熔化、軟化,並更易流動——這正是加入修飾者的全部目的。但它們也是弱點:一個帶著鬆散電荷與懸空鍵的非橋接氧,比一座密合的橋更活潑、更易被水侵蝕,因此富含非橋接氧的玻璃化學耐久性較差。一個誠實的細微之處:非橋接氧並非「斷裂或未滿足的鍵」那種懸空自由基——它的電荷由修飾離子妥善平衡,所以玻璃是穩定的,只是連結較少。它是一個被終結的連結,而非一個缺陷。
核磁共振與 X 光光譜能實際數出玻璃中的非橋接氧。組成為 Na2O times 2 SiO2 的鈉矽玻璃,平均每兩個矽帶一個非橋接氧;推到 Na2O times SiO2,數目加倍,網絡碎裂成短鏈,玻璃便明顯變軟、對水更敏感。
非橋接氧只鍵結一個形成者,並由附近的修飾離子平衡電荷。
非橋接氧不是懸空、未滿足的鍵,也不是瑕疵——它的負電荷由當初製造它的修飾陽離子妥善平衡,所以玻璃保持穩定。它標記的是網絡連通性的降低,而非化學損傷。