Quelle est la composition du verre ?
Le verre a une structure dite amorphe, c'est-à-dire qu’il est non cristallin. Si on l’observe au microscope, on s’aperçoit qu’il présente un désordre structural important. Un verre peut inclure une très grande variété d’éléments et donc présenter des compositions très complexes. A l’aide de mes compétences et d’informations qui viennent de wikipedia, je vais essayer de vous expliquer tout ça !!
Les cations qui interviennent dans la composition du verre sont classés en 3 catégories en fonction du rôle qu’ils jouent dans la structure de la formation du verre. (Je rappel qu’un cation est un ion qui a cédé un ou plusieurs électrons et qui donc porte une ou plusieurs charges électriques positives).
Il y a donc les cations formateurs de réseau qui sont des éléments qui à eux seuls peuvent former un verre. Les éléments formateurs les plus courants sont le silicium Si, le bore B, le phosphore P, le germanium Ge, l’arsenic AS. Les formateurs de réseau sont des éléments métalliques qui peuvent former un nombre élevé de liaisons chimiques qui forment des liaisons mi-covalentes mi-ioniques avec les atomes d’oxygène. Ils donnent des polyèdres de faible coordinence (3 ou 4). Ces polyèdres sont liés par leurs sommets et forment le réseau vitreux.
Nous avons aussi les modificateurs de réseau qui ne peuvent pas à eux seuls former le verre. Ce sont essentiellement les alcalins, les alcalino-terreux et dans une moindre mesure certains éléments de transition et les terres rares. Ils ont habituellement un rayon ionique plus important que les formateurs de réseau, faiblement chargés et donnent des polyèdres de grande coordinence. Leurs liaisons avec les atomes d’oxygène sont plus ioniques que celles établies par les formateurs.
Ils peuvent avoir deux rôles structuraux bien distincts, soit modificateurs de réseau vrais, soit compensateurs de charge.
• Les modificateurs de réseau vrais cassent les liaisons entre les polyèdres du réseau vitreux provoquant une dépolymérisation de ce dernier. Ils transforment alors les oxygènes pontants, qui lient deux éléments formateurs de réseau, en oxygènes non-pontants, liés à un seul formateur de réseau. Ceci se traduit à l’échelle macroscopique par une diminution du point de fusion et de la viscosité.
• Les compensateurs de charge quant à eux compensent une charge négative sur un polyèdre formateur de réseau, par exemple BO4-, lui permettant d’être stable dans cette configuration.
Il reste enfin les éléments intermédiaires qui ont différents comportements : certains de ces éléments sont soit formateurs, soit modificateurs selon la composition du verre tandis que d’autres n’auront ni l’une ni l’autre des ces fonctions mais un rôle intermédiaire.
Les principaux éléments intermédiaires dans les verres d'oxydes sont l’aluminium Al, le fer Fe, le titane Ti, le nickel Ni et le zinc Zn.
On peut donc conclure en disant que certains éléments comme le silicium et le bore peuvent former un verre par leur seule combinaison avec de l’oxygène et par élévation à une très haute température. Ces oxydes sont appelés oxydes formateurs car ils forment le squelette du verre.