E1 Estrutura amorfa e regras de Zachariasen

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A estrutura cristalina deste vidro carece de ordem de longo alcance, ao contrário da célula unitária cristalina descrita por outro modelo desta montagem, aquele que descreve a estrutura de uma cerâmica. Enquanto nessa cerâmica os íons se repetem periodicamente em três dimensões, formando uma estrutura que pode ser completamente descrita por uma única célula unitária, neste vidro essa periodicidade não existe. O fato de esta estrutura cristalina não possuir periodicidade significa que ela não pode mais ser descrita por uma célula unitária, mas apenas por sua conectividade local: como cada tetraedro na estrutura se conecta aos seus vizinhos imediatos, sem que esse padrão se repita de forma previsível além deles.

Cada tetraedro na estrutura se conecta aos seus tetraedros vizinhos de duas maneiras diferentes: através de um átomo de oxigênio de ligação, que um tetraedro compartilha com outro tetraedro vizinho, conectando-os entre si, ou através de um átomo de oxigênio não ligante, que permanece ligado a apenas um tetraedro, sem conectá-lo a nenhum outro. Um tetraedro com mais átomos de oxigênio de ligação está conectado a mais tetraedros vizinhos. Por outro lado, ter mais oxigênios não-ligantes significa que está conectado a menos tetraedros vizinhos.

A proporção entre oxigênios não-ligantes e cátions formadores de rede quantifica, como um todo, o grau de despolimerização de toda essa rede: uma proporção maior resulta em uma rede composta por unidades menores e menos interconectadas, indicando maior despolimerização; uma proporção menor resulta em uma rede composta por unidades maiores e mais interconectadas, indicando menor despolimerização e aproximando-a de uma rede totalmente polimerizada de tetraedros ligados apenas por oxigênios-ligantes.

Embora essa rede não possua ordem de longo alcance, ela mantém uma certa ordem de curto alcance: a distância e o ângulo entre um tetraedro e seu vizinho imediato permanecem bastante consistentes em todo o vidro, embora esse padrão não se repita periodicamente além desse vizinho imediato. A existência dessa ordem de curto alcance, apesar da ausência de ordem de longo alcance, permite que ela seja caracterizada pelo fator de estrutura de Debye, obtido a partir do mesmo padrão de difração que, por sua vez, confirma que essa ordem não se estende além desse curto alcance.

Portanto, este modelo, com sua falta inicial de ordem de longo alcance, distingue-se explicitamente do modelo que descreve a estrutura de uma cerâmica, onde a célula unitária cristalina define uma ordem de longo alcance completa. O fato de esta rede amorfa não possuir essa mesma ordem significa que um modelo diferente dentro deste conjunto — aquele que descreve a espectroscopia e a difração deste vidro — é o que verifica experimentalmente, através do halo amorfo de seu padrão de difração, que essa ausência de ordem de longo alcance está de fato presente.

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