Стеклообразное состояние

Стеклообразное состояние низкомолекулярных соединений, твёрдое аморфное состояние вещества, образующееся при затвердевании его переохлажденного расплава. Обратимость перехода из С. с. в расплав и из расплава в С. с. является особенностью, которая наряду со способом получения отличает С. с. от других твёрдых аморфных состояний, в частности от тонких аморфных металлических плёнок. Постепенное возрастание вязкости расплава препятствует кристаллизации вещества, т. е. переходу к твёрдому состоянию с наименьшей свободной энергией. Например, коэффициент динамической вязкости такого стеклообразующего вещества, как 5102 при температуре плавления Т_пл= 1710°С составляет 10^7,7 пз (для воды при Т_пл = 0 °С —0,02 пз). Переход расплава в С. с. (процесс стеклования) характеризуется некоторым температурным интервалом. С. с. метастабильно; переход вещества из С. с. в кристаллическое является фазовым переходом 1-го рода.

  В С. с. может находиться значительное число неорганических веществ: простые вещества (S, Se, As, Р); окислы (В₂О₃, SiO₂, GeO₂, As₂O₃, SbO₃, FeO₂, V ₂O₅), водные растворы H₂O₂, H₂SO₄, H₃PO₄, HClO₄, H₂SeO₄, H₂CrO₄, NH₄OH, КОН, HCl, LiCl: халькогениды мышьяка, германия, фосфора; некоторые галогениды и карбонаты. Многие из этих веществ составляют основу сложных стекол.

  Вещество в С. с. представляет собой жёсткую систему атомов и атомных групп, связь между которыми в большей или меньшей степени определяется ковалентными взаимодействиями. Дифракционные методы исследования (рентгеновский структурный анализ, электронография, нейтронография) позволяют определить упорядоченность в расположении соседних атомов (ближний порядок, см. Дальний порядок и ближний порядок). Измеряя радиусы дифракционных максимумов и их интенсивности, строят т. н. кривую радиального распределения. Максимумы этой кривой соответствуют межатомным расстояниям, а площадь, ограниченная максимумами, даёт информацию о среднем числе атомов, ближайших к данному.

  Вещества в С. с. изотропны, хрупки, имеют раковистый излом при сколе и (в зависимости от состава) прозрачны в некоторых областях спектра (видимой, инфракрасной, ультрафиолетовой, рентгеновской и g-лучей). Механические напряжения (из-за плохого отжига) и неоднородность структуры вещества в С. с. являются причиной двойного лучепреломления, которое в силу вызывающих его неконтролируемых факторов нестабильно и является «вредным» в оптической технике. Однако применение находит двойное лучепреломление, вызываемое воздействием электрических и магнитных полей (см. Керра эффект). Практически все стекла слабо люминесцируют (см. Люминесценция). Для усиления этого эффекта в них добавляют активаторы — редкоземельные элементы, уран и др. Используя накачку и специально подобранные активаторы, получают мощное когерентное излучение (см. Лазер). Вещества в С. с., как правило, диамагнитны, значительные примеси окислов редкоземельных металлов делают вещества в С. с. парамагнитными. Из некоторых стекол специального состава получают ферромагнитные материалы (например, некоторые ситаллы). По электрическим свойствам большинство стекол — диэлектрики (силикатные стекла), но есть большая группа веществ, обладающих в С. с. свойствами полупроводников (халькогенидные стекла, см. Полупроводники аморфные).

  О С. с. полимеров см. в ст. Стеклование полимеров.

  Лит.: Мотт Н., Дэвис Э., Электронные процессы в некристаллических веществах, пер. с англ., М., 1974; Аппен А. А., Химия стекла, 2 изд., Л., 1974.

  Г. З. Пинскер.