第四章答案
4-1 略。
4-2试简述硅酸盐熔体聚合物结构形成的过程和结构特点。
解：聚合物的形成是以硅氧四面体为基础单位，组成大小不同的聚合体。可分为三个阶段：
初期：石英的分化，架状[SiO4]断裂，在熔体中形成了各种聚合程度的聚合物。
中期：缩聚并伴随变形一般链状聚合物易发生围绕Si-O轴转动同时弯曲，层状聚合物使层本身发生褶皱、翘曲、架状聚合物热缺陷增多，同时Si-O-Si键角发生变化。
[SiO4]Na4+[Si2O7]Na6 ——[Si3O10]Na8+ Na2O
（短键）
3[Si3O10]Na8—— [Si6O18]Na12+2 Na2O
（六节环）
后期：在一定时间和温度范围内，聚合和解聚达到平衡。缩聚释放的Na2O又能进一步侵蚀石英骨架而使其分化出低聚物，如此循环，直到体系达到分化-缩聚平衡为止。
4-3试用实验方法鉴别晶体SiO2、SiO2玻璃、硅胶和SiO2熔体。它们的结构有什么不同？
解：利用X射线检测。
晶体SiO2——质点在三维空间做有规律的排列，各向异性。
SiO2熔体——内部结构为架状，近程有序，远程无序。
SiO2玻璃——各向同性。
硅胶——疏松多孔。
4-4影响熔体粘度的因素有哪些？试分析一价碱金属氧化物降低硅酸盐熔体粘度的原因。
解：（1）影响熔体粘度的主要因素：温度和熔体的组成。
碱性氧化物含量增加，剧烈降低粘度。 随温度降低，熔体粘度按指数关系递增。 （2）通常碱金属氧化物（Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、Cs2O）能降低熔体粘度。这些正离子由于电荷少、半径大、和O的作用力较小，提供了系统中的“自由氧”而使O/Si比值增加，导致原来硅氧负离子团解聚成较简单的结构单位，因而使活化能减低、粘度变小。 2－ 4-5熔体粘度在727℃时是10Pa·s，在1156℃时是10 Pa·s，在什么温度下它是10 Pa·s？ 736 解：根据 727℃时，η=10Pa·s， 由公式得：7（1） 1156℃时，η=10 Pa·s，由公式得：3（2） 联立（1），（2）式解得∴A=-6.32，B=13324 当η=10 Pa·s时，6 解得t =808.5℃。 4-6 试述石英晶体、石英熔体、Na2O·2SiO2熔体结构和性质上的区别。 石英晶体 石英熔体 Na2O?2SiO2 基本结构单元 节环，远程无序 [SiO4] 按共顶方式对称基本结构单元 有序 性质 远程无序 结构 有规律有序排列，远程[SiO4] 呈架状结构，[Si6O18]12- 呈六节环或八固体无流动性，熔点高，有流动性，η大，电有流动性，η较石英熔体硬度大，导电性差，结导率大，表面张力大 小，电导率大，表面张力构稳定，化学稳定性好 14大 7 4-7 SiO2熔体的粘度在1000℃时为10 Pa·s，在1400℃时为10 Pa·s。SiO2玻璃粘滞流动的活化能是多少？上述数据为恒压下取得，若在恒容下获得，你认为活化能会改变吗？为什么？ 解：（1）根据公式： 1000℃时，η=10 Pa·s，T=1000+273=1273K, 14① 1000℃时，η=10 Pa·s， T=1400+273=1673K, 7② 联立（1），（2）式解得：5.27×10 Pa·s，-16=713.5 kJ/mol （2）若在在恒容下获得，活化能不会改变。因为活化能是液体质点作直线运动所必需的能量。它与熔体组成和熔体[SiO4]聚合程度有关。 4-8一种熔体在1300℃的粘度是310 Pa·s，在800℃是10 Pa·s，在1050℃时其粘度为多少？在此温度下急冷能否形成玻璃？ 7 解：（1）根据 1300℃时，η=310Pa·s， 由公式得：① 800℃时，η=10 Pa·s， 由公式得：7 ② 联立（1），（2）式解得∴A=-7.2，B=15219.6 当t=1050℃时， 解得η=20130.5 Pa·s。 （2）在此温度下，极冷能形成玻璃。 4-9试用logη＝A＋B/（T－T0）方程式，绘出下列两种熔体在1350~500℃间的粘度曲线（logη~1/T）。两种熔体常数如下： 序 号 1 2 A 1.631 1.769 B 4229 4690 T0 219 216 解：根据公式： 对于熔体1： 当t =500℃时，T=500+273=773K, 0.0013, 9.265 当t =700℃时，T=700+273=973K, 0.0010, 7.240 当t =900℃时，T=900+273=1173K, 0.0008, 6.064 当t =1100℃时，T=1100+273=1373K,0.0007, 5.296 当t =1350℃时，T=1350+273=1623K, 0.0006, 4.643 对于熔体2： 当t =500℃时，T=500+273=773K, 0.0013, 10.189 当t =700℃时，T=700+273=973K, 0.0010, 7.964
当t =900℃时，T=900+273=1173K, 0.0008, 6.670
当t =1100℃时，T=1100+273=1373K,0.0007, 5.823
当t=1350℃时，T=1350+273=1623K, 0.0006, 5.102
熔体在1350~500℃间的粘度曲线
4-10派来克斯（Pyrex）玻璃的粘度在1400℃时是10 Pa·s，在840℃是10Pa·s。请回解：（1）粘性流动活化能是多少？（2）为了易于成形，玻璃达到10Pa·s的粘度时约要多高的温度？
5
913
解：（1）根据公式：
1400℃时，η=10 Pa·s，T=1400+273=1673K,
9
①