S&T (Super Tehnology)

При температуре распада кластеров естественного кремнезема происходит фазовый переход второго рода с превращением в состояние кварца. В разных источниках такая температура оценивается 17280, 16100 и 14700 С. Наиболее вероятное значение, надо полагать, соответствует 14700 С. При такой температуре наиболее вероятное значение угла между связями атомов кислорода в SiO2 соответствует не 1440, а 1380, т.е. распределение этих углов не равновероятное.

Отсюда следует, что по мере остывания планеты Земля вна-чале формируется кремнезем, а затем глинозем в а- модификациях. После того как сформировалась кластерная структура кремнезема внутри межкластерных пустот возникают кластеры глинозема, т.к. пористая структура кремнезема полностью заполнена отдельными молекулами глинозема.

Молекулярные кластеры представляют собой макромолекулы, в которых ковалентная и ионная связи между ними пренебрежимо малы вследствие их больших размеров. Поэтому для большинства веществ со значительным встроенным дипольным электрическим моментом связь между кластерами определяется в основном электрон-дипольным и диполь-дипольным взаимодействием с формированием ионного кристалла.

Кристаллический кварц (а-Л'ОД формируется межкластерным взаимодействием, как это происходит в ионном кристалле. Расположение кластеров кремнезема в горизонтальном направлении показано на рис. 1. Бинарная связь в горизонтальном направлении составляет 0,355 эВ, а в вертикальном направлении 0,879 эВ. В результате кластерная решеточная структура в горизонтальном направлении будет распадаться при температуре 1100°С, а в вертикальном направлении - при температуре 3100°С. Межкластерные пустоты также столбообразные, но представляют собой чередующиеся ромбоэдрические пирамиды размером у основания 7,08 Л с усеченными вершинами размером 4,26 Л. Если заполнить такие столбообразные пустоты другими атомами, молекулами или кластерами, то кремнеземное стекло резко улучшит свои механические качества.

 
При заполнении пустот кремнезема кластерами глинозема соотношение молекул этих веществ составляет 0,5, т.е. на две молекулы кремнезема приходится одна молекула глинозема. Кластер глинозема, находясь в межкластерной пустоте кремнезема, одновременно взаимодействует с восемью кластерами этого вещества. Исходя из решеточной кластерной структуры кремнезема, диполь- дипольное взаимодействие взаимно компенсируется, а ионная связь и связь электрон-диполь вносят вклад в результирующую энергию связи в кластерную решеточную структуру кварцевого стекла. Исходные данные для расчета энергии ионизации молекулярных кластеров кремнезема и глинозема приведены в табл. 1. Так как волновые функции молекулярных структур аппроксимировались 8- состоянием в водородоподобном приближении, то результат распределения электронной плотности валентного электрона результирующего кластера получен аналогично, как это было выполнено для атомарных кластерных структур в. Полученные распределения электронной плотности валентного электрона кластерных структур для а-SiO2 и а-А1203 приведены на рис. 2.

Взаимодействие кластера а-А1203 с кластерной решеточной структурой а-ЗЮ2. Этот тип взаимодействия обусловлен только связями валентного электрона кластера а-А1203 с диполем молекулы а-ЗЮ2, а также кластера а-ЗЮ2 с диполем молекулы а- А1203. В обоих случаях результирующая энергия связи формируется шестнадцатью парами. Бинарное взаимодействие в горизонтальном направлении составляет Ее_д=0,101+0,106=0,207эВ, а результирующее значение на один кластер а-А1203 - 3,312 эВ.

В вертикальном направлении взаимодействуют только кластеры а-А1203 друг с другом. При этом включаются взаимодействия типа электрон-диполь (0,107 эВ) и диполь-диполь (0,156 эВ). Результирующее бинарное взаимодействие составит 0,263 эВ, а результирующая энергия связи на один кластер составит 2,104 эВ. Общая энергия связи на один кластер глинозема составляет 5,416 эВ.