E2 Netzwerkbildner, -Modifikatoren und -Zwischenprodukte

Thema

Die chemische Zusammensetzung dieses Glases ist in verschiedene Rollen gegliedert, die jedes einzelne Oxid erfüllen kann. Die erste Rolle ist die des Netzwerkbildners: Das Netzwerkbildneroxid ist in der Lage, selbstständig das kontinuierliche Glasnetzwerk aus Tetraedern zu bilden, das bereits in einem anderen Modell dieser Anordnung – dem Modell der amorphen Struktur dieses Glases – beschrieben wurde. Ein Oxid, das diese Rolle des Netzwerkbildners erfüllt, kann zwischen seinen eigenen Tetraedern die kontinuierliche Verbindung herstellen, die das gesamte Netzwerk zusammenhält.

Diesem vom Netzwerkbildner gebildeten kontinuierlichen Netzwerk steht die Rolle des Netzwerkmodifikators gegenüber: Der Netzwerkmodifikator ist das Oxid, das sich nicht in dieses kontinuierliche Netzwerk einfügt, sondern es durch die Einführung eines Kations aufbricht, das keinem Tetraeder angehört. Dadurch wird der Sauerstoff, der zuvor zwei benachbarte Tetraeder verbunden hat, in einen nichtbrückenbildenden Sauerstoff umgewandelt. Da der Netzwerkmodifikator mehr Brückenbindungen in diesem Netzwerk aufbricht, entstehen mehr nichtbrückenbildende Sauerstoffatome, wodurch das kontinuierliche Netzwerk in kleinere, weniger vernetzte Einheiten fragmentiert wird.

Zwischen diesen beiden gegensätzlichen Rollen liegt das Zwischenprodukt, das Oxid, dessen Verhalten nicht von vornherein festgelegt ist, sondern vom Zusammensetzungskontext des restlichen Glases abhängt. Da Aluminiumoxid amphoter ist, kann es als Netzwerkbildner wirken und das kontinuierliche Netzwerk erweitern, wenn die übrige Zusammensetzung dies zulässt, oder es kann als Netzwerkmodifikator fungieren und ebendieses Netzwerk aufbrechen, wenn dies nicht der Fall ist. Die Tatsache, dass der Zustand dieses Zwischenprodukts amphoter und nicht festgelegt ist, bedeutet, dass seine Rolle innerhalb des Netzwerks von der Zusammensetzung des umgebenden Glases und nicht allein von seiner eigenen chemischen Natur abhängt.

Daher zeigt dieses Modell mit dem Netzwerkbildner und dem Netzwerkmodifikator, mit denen es entwickelt wurde, dass das Verhältnis zwischen der Menge an Netzwerkmodifikator und der Menge an Netzwerkbildner insgesamt das makroskopische Verhalten des gesamten Glases bestimmt: Ein höheres Verhältnis führt aufgrund des nichtbrückenbildenden Sauerstoffs zu einem stärker fragmentierten Netzwerk, was bereits durch ein anderes Modell in diesem Set – das die amorphe Struktur dieses Glases beschreibt – quantifiziert wird, und führt außerdem zu einer niedrigeren ungefähren Schmelztemperatur. Ein niedrigeres Verhältnis führt zu einem stärker vernetzten Netzwerk und einer höheren ungefähren Schmelztemperatur. Dasselbe Verhältnis von Modifikator zu Glasbildner wird auch im Appen-Modell verwendet, um die Dichte dieses Glases aus seiner Zusammensetzung zu schätzen, und ein anderes Modell dieser Gruppe – das die Netzwerkvernetzung dieses Glases beschreibt – verwendet es, um detailliert zu beschreiben, wie diese Vernetzung im gesamten Netzwerk verteilt ist.

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