Расчёт с использованием парциально-молярных свойств. Метод Аппена
Метод отличается общностью, повышенной точностью и учитывает основные принципы строения стёкол.
Метод позволяет рассчитывать следующие свойства стёкол:
1) молярный объём V;
2) плотность d;
3) показатель преломления nD;
4) среднюю дисперсию nF – nC;
5) средний линейный коэффициент термического расширения α20-400;
6) диэлектрическую проницаемость ε20;
7) модуль упругости Е20;
8) модуль сдвига G20.
Основа расчёта – обобщенная сводка среднестатистических или условно приближенных парциальных чисел , характеризующих парциальные свойства различных компонентов в силикатных стёклах.
Аппен обобщил экспериментальные данные по свойствам стёкол, на основании которых и привёл значения парциально-молярных свойств различных компонентов.
Переменные значения парциальных свойств имеют оксиды: SiO2, TiO2, B2O3, PbO, CdO.
Парциальные свойства оксидов щелочных металлов условно выражены двумя сериями постоянных чисел: одна серия отражает свойства компонентов Ме2О в сложных оксидных стёклах, вторая – в бинарных системах Ме2О-SiO2 (числа в скобках).
В большинстве случаев парциально-молярные свойства компонентов меняются закономерно в соответствии с положением элементов в таблице Менделеева. Это изменение значений свойств можно проследить в следующих рядах:
Li–Na–K, Be–Mg–Ca–Sr–Ba, Zn–Cd, Fe–Co–Ni.
Исключение вносит, например, оксид кальция, наиболее всего влияя на модуль упругости щёлочно-земельных оксидов.
Расчёт свойств проводится по общим формулам:
; .
Парциальные свойства в общем случае зависят от состава и определяются различными способами. Если величины усредняются, то получают уравнение аддитивности.
Плотность стекла рассчитывают через его молярный объём V и парциально-молярные объёмы компонентов :
.
Величины либо непосредственно берутся из таблицы для компонентов с постоянными усреднёнными значениями , либо предварительно вычисляют по приближённым эмпирическим уравнениям (для SiO2, TiO2, B2O3, PbO, CdO).
Величины зависят от молярного содержания кремнезёма в стекле и вычисляются с помощью простых уравнений вида:
,
где - значение свойства при содержании SiO2<67мол.%.
;
;
;
;
.
Если содержание SiO2 < 67%, то значение указанных парциальных свойств принимаются постоянными и равными первому слагаемому соответствующего уравнения:
; ; ;
; .
Такой подход учитывает разную интенсивность изменения свойств в силикатных стеклах с различной структурой. При введении первых 33 мол.% оксидов-модификаторов в чистый кремнезём молярные свойства силикатного стекла, как и парциально-молярные свойства SiO2 меняются сравнительно интенсивно. Идёт последовательное ослабление одной из четырёх вершин у тетраэдров SiO4 , образующих кремнекислородную сетку. При концентрации SiO2 < 67 мол.% молярные свойства стекла меняются пропорционально содержанию кремнезёма, так как парциально-молярные свойства диоксида кремния в этой области составов принимаются постоянными.
Парциальные свойства B2O3 сильно изменяются при изменении состава стекла. Это влияние учитывают с помощью коэффициентов, вычисляемых через отношение концентраций компонентов. Различные компоненты по-разному переводят бор из тройной координации в четверную.
Также особые методы существуют для расчёта свойств свинцовых стёкол. Свинцовые стёкла, судя по поведению и свойствам, подразделяются на два класса: стёкла с неразрыхлённой структурой и свойства с разрыхлённой структурой.
Вязкость стёкол
Дата добавления: 2018-11-26; просмотров: 1228;