[科普中国]-玻璃结构模型

玻璃结构模型是指离子或原子在空间的几何配置以及它们在玻璃中形成的结构形成体。人们对玻璃结构的认识是一个从认识到实践不断深化的过程，在近百年的玻璃研究史中，先后提出了晶子学说、无规则网络学说、凝胶学说、五角形对称学说以及高分子学说等，但由于玻璃结构的复杂性，至今没有一致的结论。目前能较好地解释玻璃性质，同时也被人们普遍接受的玻璃结构假说是晶子学说和无规则网络学说1。

定义玻璃结构模型是指玻璃中质点在空间的几何配置、有序程度及它们彼此间的结合状态，即通过对玻璃结构的研究，确定玻璃原子在结构中的几何位置以及维持原子位置的力的性质。玻璃一般指的是原子结构2。

典型结构模型晶子学说：硅酸盐玻璃是有无数“晶子”组成，“晶子”的化学性质取决于玻璃的化学组成，所谓“晶子”不同于一般微晶，而是带有晶格变形的有序区域，在晶子中心质点排列较有规律，愈远离中心则变形程度愈大，“晶子”分散在无定形介质中，从“晶子”部分的过渡是逐步完成的，两者间无明显界限。晶子学说的核心是结构的不均匀性及近程有序性，但缺点是晶子尺寸、晶子含量、晶子化学组成未得到合理确定3。

无规则网络学说认为玻璃的结构与相应的晶体结构相似，也是由一个三维空间网络构成。玻璃的网络与晶体的网络不同，是由离子多面体（四面体或三角面体） 构筑起来的，但多面体的重复没有规律性。网络学说强调了玻璃中离子与多面体相互间排列的均匀性、连续性及无序性等，这可以在玻璃的各向同性、内部性质的均匀性及随成分变化时玻璃性质变化的连续性上得到反映，因而在长时间内该理论占主导地位3。

历史发展最早玻璃结构模型由门捷列夫提出，认为玻璃是无定形物质，没有固定的化学组成与合金类似；塔曼把玻璃看成过冷液体；索克曼等提出玻璃基本结构单元是具有一定化学组成的分子聚合体；蒂尔顿在1975年提出玻子理论，玻子是由20个[SiO.]-四面体组成的一个单元。这种在晶体中不可能存在的五角对称是SiO2形成玻璃的原因，他根据这一理论成功地计算出石英玻璃的密度。依肯提出核前群理论；阿本提出离子配位假设；列别捷夫（苏联学者）在1921年提出晶子学说；扎哈利阿森（德国学者）在1932年提出无规则网络学说2。

本词条内容贡献者为:

黎明 - 副教授 - 西南大学