玻璃的化學穩定性-玻璃的侵蝕機理

  玻璃的化學穩定性玻璃制品在使用過程中,要受到水、酸、堿、鹽、氣體及各種化學試劑和藥液的侵蝕,玻璃對這些侵蝕的抵抗能力稱玻璃的化學穩定性。對各種侵蝕性介質都有很高的化學穩定性,這是優質硅酸鹽玻璃的寶貴性質之一。但是,從玻璃生成系統的整個可能范圍來看,它的化學穩定性可以分成幾級,從最穩定的石英玻璃到可溶(水)玻璃。 

  玻璃的侵蝕機理應當說明,玻璃在侵蝕性液體中的破壞過程是很復雜的。 破壞過程主要分成溶解和浸析兩種現象。溶解時,玻璃組分轉移到溶液中,各組分的比例與在玻璃中相同。 許多玻璃以或大或小的速度溶解于氫氟酸和熱的堿性濃溶液。浸析過程的特點是玻璃與水、 酸(除氫氟酸外) 發生相互作用。浸析時,溶液中轉入了擇優組分-一主要是堿金屬氧化物和堿土金屬氧化物,結果在玻璃表面形成了氧化硅保護膜(“米留斯-格列賓?？路蚰?/span>”),這時,過程迅速減慢下來。如果玻璃含堿量很高,含氧化硅低,則在玻璃與水,或玻璃與 HCI,H2SO4,HNO3等相互作用時,也可能因浸析而轉變成溶液。硅酸鹽玻璃的侵蝕機理如下:(1)水對玻璃的侵蝕 反應為=Si-O-Na+H十OH-Si-O-H十NaOH 交換=Si-O-H+H20->Si(OH)4水化Si(OH)4+NaOH->[Si(OH)30]Na+H20中和另一方面,水也能對硅氧骨架直接起反應,=Si-O-Si=十H20一》2(=Si-O-H),反應物Si(OH)4是一種極性分子,能使周圍的水分子極化,而定向地吸附在自己的周圍,成為Si(OH)4·nH2O,稱為硅酸凝膠,除少部分溶于水,大部分附著在玻璃表面形成一層薄膜,具有較強的抗水、抗酸的能力。(2) 酸對玻璃的侵蝕 除氫氟酸外,一般的酸并不直接與玻璃直接反應,它是通過水的作用侵蝕玻璃。 所以濃酸對玻璃的侵蝕小于稀酸。水對硅酸鹽玻璃侵蝕的產物之一是金屬的氫氧化物,這一產物要受到酸的中和,中和的作用起著兩種相反的效果: 一是使玻璃和水溶液之間的離子交換反應加速進行,從而增加玻璃的失重; 二是降低溶液的pH值,使Si(OH)4的溶解度減小,從而減小玻璃的失重。 當玻璃中的R2O含量較高時,前一效果是主要的,反之SiO2含量較高時,后一效果是主要的。 即, 高堿玻璃的耐酸性小于耐水性; 高硅氧玻璃的耐酸性大于耐水性。(3)堿對玻璃的侵蝕 硅酸鹽玻璃的耐堿性較差, 堿對玻璃的侵蝕是通過OH一破壞硅氧骨架,使SiO2溶解在溶液中。其反應為:=Si-O-Si=+OH-=Si-O+HO-Si=在堿溶液中,存在下述反應:Si(OH)4+Na(OH)[Si(OH)3]Na+H20侵蝕過程不生成硅膠膜, 而是玻璃表面層不斷脫落,玻璃的侵蝕程度與侵蝕時間呈直線關系。(4)大氣對玻璃的侵蝕 大氣的侵蝕實質是水汽、CO2、SO2 等作用的總和,水汽比水溶液具有更大的侵蝕性。