Силикаты в жидком состоянии. 
Жидкое состояние вещества. 
Теория строения жидкостей. 
Особенности структуры силикатных расплавов

Растворимый силикат натрия известен как жидкое стекло и используется в самых различных областях производства и для улучшения качества строительных и лакокрасочных материалов. Гомогенный раствор жидкого натриевого стекла обладает вяжущими свойствами и в сочетании с другими веществами способен к быстрому отвердению и образованию прочных силикатных камней. Пленка, образующаяся при высыхании растворимого силиката натрия, обладает высокими изолирующими и защитными свойствами, препятствует коррозии, разрушению и горению.

Силикат натрия используется как в виде водного раствора, так и в виде порошка или гранул — так называемых быстрорастворимых гидратированных силикатов — в зависимости от технологии изготовления нужного материала. При перевозке и хранении такие быстрорастворимые силикаты более экономичны и менее требовательны к условиям.

Расплавы силикатов получают в результате высокотемпературной обработки — плавления. Плавление кристаллических веществ является фазовым превращением, сопровождающиеся резким изменением внутреннего строения вещества и его свойств.

Плавление является эндотермическим процессом, т. е., идет с поглощением теплоты, которая расходуется на преодоление сил взаимодействия атомов в кристаллической решетке.

Высокая температура плавления силикатов и других оксидов, используемых в технологии неметаллических неорганических материалов самого разнообразного назначения, весьма осложняет исследование их строения в расплавленном состоянии. Эта причина сильно затруднила изучение расплавов силикатов по сравнению с другими жидкостями. Другим фактором, затрудняющим их изучение, является очень высокая вязкость, намного превышающая вязкость нормальных жидкостей, что обусловливает медленность достижения равновесия между расплавом и газовой фазой. Различия в вязкости расплавов силикатов и других жидкостей очень существенны. Однако к настоящему времени о природе силикатных расплавов, их строении и свойствах накоплена значительная информация, позволившая сформулировать ряд обобщающих положений и гипотез.

При изготовлении большинства силикатных продуктов (стекла, керамики, цементного клинкера) в процессе их обжига происходит частное или даже полное плавление материала. Свойства образующихся при этом жидкой фазы оказывает чрезвычайно большое влияние на технологический процесс производства и на конечные свойства готовой продукции. В настоящее время установлено, что между строением веществ, находящихся в кристаллическом, жидком или стеклообразном состоянии, имеются не только различные, но и существенные сходства. В основном существует три гипотезы строения жидкости. Наибольшее признание получили модели строения жидкостей предложенные в разные годы Берналом, И. Я. Френкелем и Г. Стюартом. Согласно Берналу, предложившему гипотезу бездефектной жидкости, жидкость имеет структуру мало отличающуюся от геометрии кристалла, из которого она получена.

Модель строения жидкости, предложенная Френкелем, называется квазикристаллической. Согласно этой модели особенно вблизи температуры кристаллизации рассматривается как искаженный кристалл, в котором утрачен дальний порядок, но сохранен ближний.

Согласно теории «Роев или сиботаксисов» в жидкости существуют агрегаты называемые сиботаксическими группами представляющие собой псевдокристаллические образования, строение которых приближается к строению соответствующих кристаллов выделяющихся из жидкости при кристаллизации. Структуру сиботаксических групп можно рассматривать как сильно деформированную искаженную структуру кристаллов.

Сиботаксические группы являются подвижными, динамическими агрегатами, которые разрушаются при движении и создаются вновь. Эти группы разделены областями беспорядочного расположения частиц, однако резких переходов между областями с частично упорядоченными и неупорядоченными. Эта гипотеза по сравнению с другими гипотезами в настоящее время имеет наибольшее признание.

В силикатных энергиях связи между структурными единицами в решетке кристалла достаточно велика, что обуславливает высокую температуру их плавлении. При этом в большинстве случаев при плавлении силикатов образуется высоковязкий расплав.

Табл. — Вязкость силикатных расплавов и других неорганических жидкостей:

Однако, как и в любой другой жидкости, в расплавах силикатов структура при изменении температуры не остается постоянной, а непрерывно перестраивается с изменением характеристик ближнего порядка. Каждой температуре соответствует определенная структура жидкости, которая называется равновесной. Но равновесная структура не устанавливается мгновенно, необходимо некоторое время — время релаксации, чтобы структура жидкости приблизилась к равновесному состоянию. Это время фактически близко ко времени:

Где:

U — энергия активации, зависящая от давления и температуры;

t0 — средний период колебания частиц около временного положения равновесия;

k — постоянная Больцмана;

T — абсолютная температура.

Непостоянство структуры жидкости — одно из основных отличий жидкого состояния от твердого.