玻璃的化学稳定性-玻璃的侵蚀机理

  玻璃的化学稳定性玻璃制品在使用过程中,要受到水、酸、碱、盐、气体及各种化学试剂和药液的侵蚀,玻璃对这些侵蚀的抵抗能力称玻璃的化学稳定性。对各种侵蚀性介质都有很高的化学稳定性,这是优质硅酸盐玻璃的宝贵性质之一。但是,从玻璃生成系统的整个可能范围来看,它的化学稳定性可以分成几级,从最稳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,玻璃组分转移到溶液中,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(除氢氟酸外) 发生相互作用。浸析时,溶液中转入了择优组分-一主要是碱金属氧化物和碱土金属氧化物,结果在玻璃表面形成了氧化硅保护膜(“米留斯-格列宾希柯夫膜”),这时,过程迅速减慢下来。如果玻璃含碱量很高,含氧化硅低,则在玻璃与水,或玻璃与 HCI,H2SO4,HNO3等相互作用时,也可能因浸析而转变成溶液。硅酸盐玻璃的侵蚀机理如下:(1)水对玻璃的侵蚀 反应为=Si-O-Na+H十OH-Si-O-H十NaOH 交换=Si-O-H+H20->Si(OH)4水化Si(OH)4+NaOH->[Si(OH)30]Na+H20中和另一方面,水也能对硅氧骨架直接起反应,=Si-O-Si=十H20一》2(=Si-O-H),反应物Si(OH)4是一种极性分子,能使周围的水分子极化,而定向地吸附在自己的周围,成为Si(OH)4·nH2O,称为硅酸凝胶,除少部分溶于水,大部分附着在玻璃表面形成一层薄膜,具有较强的抗水、抗酸的能力。(2) 酸对玻璃的侵蚀 除氢氟酸外,一般的酸并不直接与玻璃直接反应,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,这一产物要受到酸的中和,中和的作用起着两种相反的效果: 一是使玻璃和水溶液之间的离子交换反应加速进行,从而增加玻璃的失重; 二是降低溶液的pH值,使Si(OH)4的溶解度减小,从而减小玻璃的失重。 当玻璃中的R2O含量较高时,前一效果是主要的,反之SiO2含量较高时,后一效果是主要的。 即, 高碱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)碱对玻璃的侵蚀 硅酸盐玻璃的耐碱性较差, 碱对玻璃的侵蚀是通过OH一破坏硅氧骨架,使SiO2溶解在溶液中。其反应为:=Si-O-Si=+OH-=Si-O+HO-Si=在碱溶液中,存在下述反应:Si(OH)4+Na(OH)[Si(OH)3]Na+H20侵蚀过程不生成硅胶膜, 而是玻璃表面层不断脱落,玻璃的侵蚀程度与侵蚀时间呈直线关系。(4)大气对玻璃的侵蚀 大气的侵蚀实质是水汽、CO2、SO2 等作用的总和,水汽比水溶液具有更大的侵蚀性。