Материалы для современной медицины. Канюков В.Н - 26 стр.

Существующие экспериментальные методы не позволяют измерить столь ма-
лую скорость. Именно по этой причине мы попытались разработать модель
процессов, протекающих на кончике растущей трещины, на атомном уровне.
       Вода может вступать в реакцию со стеклом и ускорять образование в
нем трещин. Молекула воды входит в трещину (слева) и адсорбируется на ее
кончике (в середине), в соответствии с рисунком 3. Она вызывает согласован-
ную химическую реакцию (справа), в ходе которой разрываются связь между
кремнием и кислородом на кончике трещины и связь между кислородом и во-
дородом в молекуле воды, и в результате образуются две силанольные группы
(гидроксильные группы, соединенные с атомом кремния). Разрыв одной связи
приводит к увеличению длины трещины. Реакция с водой снижает энергию,
требуемую для разрыва связи кремний — кислород, в двадцать раз, и поэтому
ускоряет рост трещин.
                                                           Перед тем как рас-
                                                    смотреть химические ре-
                                                    акции, сопровождающие
                                                    растрескивание стекла на
                                                    атомном уровне, надо
                                                    описать структуру стек-
                                                    ловидного     кремнезема.
                                                    Основной «строительный
   Рисунок 3 – Реакция воды со стеклом              элемент»     большинства
                                                    форм     кремнезема    —
плотноупакованная тетраэдрическая элементарная ячейка, которая состоит из
центрального атома кремния, окруженного четырьмя атомами кислорода. Каж-
дый атом кислорода в вершине тетраэдра образует связи с атомами кремния,
расположенными в центрах двух соседних тетраэдров; таким образом, каждый
тетраэдр соединен с четырьмя соседними. Кристаллические формы кремнезема,
такие, например, как кварц, характеризуются регулярным расположением тет-
раэдров в структуре. В стекловидном кремнеземе тетраэдры образуют беспоря-
дочное скопление связанных между собой циклов (колец), каждый из которых
обычно содержит пять-семь тетраэдров (см. нижнюю часть рисунка 2). По мере
роста трещины тетраэдрические ячейки отрываются друг от друга в результате
разрыва связей кремний — кислород. Кончик трещины по размерам соответст-
вует отдельной циклической структуре, которая вскрывается с одной стороны,
благодаря чему становится доступной следующая связь кремний — кислород.
Минимальное расстояние, на которое может продвинуться трещина, равно диа-
метру силикатного цикла (0,4—0,5 нм). Точное значение определяется числом
тетраэдров в цикле.
       Таким образом, энергия, требуемая для разрыва связи кремний — ки-
слород между двумя силикатными тетраэдрами, резко снижается (примерно в
20 раз) в присутствии воды. Характерно, что при выдерживании стекловидного
кремнезема в глубоком вакууме связи между силикатными тетраэдрами стано-
вятся очень прочными: для разрыва всех связей кремний — кислород, со-
держащихся в 1 г кремния, надо затратить 1300 кал. (Для того чтобы нагреть 1 г
28