玻璃的化學穩定性-玻璃的侵蝕機理

  玻璃的化学稳定性玻璃制品在使用过程中,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,這是優質矽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範圍來看,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。 

  玻璃的侵蚀机理应当说明,玻璃在侵蚀性液体中的破坏过程是很复杂的。 破坏过程主要分成溶解和浸析两种现象。溶解时,玻璃組分轉移到溶液中,各组分的比例与在玻璃中相同。 许多玻璃以或大或小的速度溶解于氢氟酸和热的碱性浓溶液。浸析过程的特点是玻璃与水、 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矽保護膜(“米留斯-格列賓希柯夫膜”),這時,過程迅速減慢下來。如果玻璃含堿量很高,含氧化矽低,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。矽酸鹽玻璃的侵蝕機理如下:(1)水对玻璃的侵蚀 反应为=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,水也能對矽氧骨架直接起反應,=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,成爲Si(OH)4·nH2O,稱爲矽酸凝膠,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) 酸对玻璃的侵蚀 除氫氟酸外,一般的酸並不直接與玻璃直接反應,它是通过水的作用侵蚀玻璃。 所以浓酸对玻璃的侵蚀小于稀酸。水对硅酸盐玻璃侵蚀的产物之一是金属的氢氧化物,這一産物要受到酸的中和,中和的作用起著兩種相反的效果: 一是使玻璃和水溶液之间的离子交換反应加速进行,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,从而减小玻璃的失重。 当玻璃中的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; 高矽氧玻璃的耐酸性大于耐水性。(3)碱对玻璃的侵蚀 硅酸盐玻璃的耐碱性较差, 堿對玻璃的侵蝕是通過OH一破壞矽氧骨架,使SiO2溶解在溶液中。其反應爲:=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侵蝕過程不生成矽膠膜, 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)大气对玻璃的侵蚀 大气的侵蚀实质是水汽、CO2、SO2 等作用的總和,水汽比水溶液具有更大的侵蝕性。