E5 Diffusion et mobilité ionique (effet alcalin mixte)

Topique

Le transport ionique au sein de ce verre suit, sous sa forme mathématique, le même cadre que celui utilisé, dans le même but, par un autre modèle de cet ensemble, celui décrivant le transport ionique d'une céramique : la relation de Nernst-Einstein, qui relie le coefficient de diffusion de chaque ion mobile à la conductivité ionique induite par ce même ion, et la relation d'Arrhenius, qui décrit l'augmentation de cette conductivité ionique avec la température. Le fait que ce verre partage la même forme mathématique que cette céramique signifie que, dans les deux cas, une augmentation de température entraîne, conformément à cette même relation d'Arrhenius, une augmentation comparable de la conductivité ionique.

Lorsque ce verre contient un seul oxyde alcalin comme porteur de la charge ionique mobile, sa conductivité ionique est déterminée uniquement par la concentration et la mobilité de cet ion alcalin au sein du réseau cristallin. Cette conductivité ionique pure sert de référence pour la comparaison avec toute autre composition de ce même verre. Le fait que ce verre ne contienne qu'un seul type d'ion alcalin, et non un mélange de plusieurs, explique que sa conductivité ionique reste proche de celle des ions alcalins purs, sans aucune anomalie.

En revanche, le fait que ce verre contienne un mélange de deux oxydes alcalins différents, et non un seul, implique que sa conductivité ionique ne suit plus l'interpolation linéaire attendue entre les conductivités ioniques pures de chaque oxyde alcalin pris séparément, mais est nettement inférieure : cette réduction anormale et nettement non linéaire de la conductivité ionique correspond précisément à l'effet alcalin mixte. Le fait que le rapport entre les deux oxydes alcalins soit plus proche d'un mélange équimolaire, plutôt que d'être dominé par l'un d'eux, accentue généralement cet effet alcalin mixte et provoque une diminution plus importante de la conductivité ionique par rapport à l'interpolation linéaire attendue.

Par conséquent, ce modèle, avec le transport ionique et l'effet alcalin mixte qui l'ont mis en évidence, révèle une anomalie caractéristique et distinctive de ce verre par rapport à une céramique cristalline : l'absence de périodicité structurale dans ce verre, contrairement à cette céramique, implique que le mélange de deux oxydes alcalins différents, se déplaçant au sein du même réseau désordonné, interfère d'une manière que le mélange équivalent au sein d'un réseau cristallin périodique ne reproduit pas ; et cette interférence est, en fin de compte, ce qui produit ce même effet alcalin mixte, sans équivalent dans cette céramique cristalline.

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