E1 Estructura Amorfa y Reglas de Zachariasen

Tópico

La red de este vidrio carece de orden de largo alcance, a diferencia de la celda unitaria cristalina que ya describe otro modelo de este conjunto, el que describe la estructura de un cerámico: mientras que en ese cerámico los iones se repiten periódicamente en las tres dimensiones, formando una red que puede describirse por completo a partir de una única celda unitaria, en este vidrio esa periodicidad no existe. Que esta red carezca de esa periodicidad hace que ya no pueda describirse mediante una celda unitaria, sino únicamente mediante su conectividad local: cómo se conecta cada tetraedro de la red con sus vecinos inmediatos, sin que ese patrón se repita de manera predecible más allá de ellos.

Ese tetraedro de la red se conecta con sus tetraedros vecinos de dos maneras distintas: mediante un oxígeno puente, que es el que un tetraedro comparte con otro tetraedro vecino, conectándolos entre sí, o mediante un oxígeno no puente, que es el que queda unido a un único tetraedro, sin conectarlo con ningún otro. Que un tetraedro tenga más oxígenos puente hace que esté conectado a más tetraedros vecinos; que tenga más oxígenos no puente, en cambio, hace que quede conectado a menos tetraedros vecinos.

La razón entre los oxígenos no puente y los cationes formadores de red es la que cuantifica, en conjunto, el grado de despolimerización de toda esta red: que esta razón sea mayor hace que la red esté formada por unidades más pequeñas y menos conectadas entre sí, más despolimerizada; que esta razón sea menor, hace que la red esté formada por unidades más grandes y más conectadas entre sí, menos despolimerizada, acercándose más a una red completamente polimerizada de tetraedros unidos solo por oxígenos puente.

Aunque esta red carezca de orden de largo alcance, sí conserva cierto orden a escala corta: la distancia y el ángulo entre un tetraedro y su vecino inmediato se mantienen bastante consistentes en todo el vidrio, aunque ese patrón no se repita periódicamente más allá de ese vecino inmediato. Que este orden de corto alcance exista, a pesar de la ausencia de orden de largo alcance, hace que pueda caracterizarse mediante el factor de estructura de Debye, obtenido a partir del mismo patrón de difracción que, a la vez, confirma que ese orden no se extiende más allá de ese corto alcance.

Por eso este modelo, con la ausencia de orden de largo alcance con la que se abrió, se distingue explícitamente del modelo que describe la estructura de un cerámico, donde la celda unitaria cristalina sí define un orden de largo alcance completo. Que esta red amorfa carezca de ese mismo orden hace que otro modelo distinto de este conjunto, el que describe la espectroscopía y la difracción de este vidrio, sea el que verifica experimentalmente, mediante el halo amorfo de su patrón de difracción, que esta ausencia de orden de largo alcance efectivamente se cumple.

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