Химическая стойкость стекол

По характеру действия на стекло реагенты можно разделить на группы. К первой группе относятся вода, влажная атмосфера, растворы кислот (кроме H₃PO₄ и HF), нейтральные или кислые растворы солей, т.е реагенты с рН≤7; ко второй реагенты с рН>7, т.е. растворы щелочей, карбонатов и т.п.

Повышение температуры способствует разрушению стекла любым реагентом. С повышением температуры на каждые 10^оС в области до 100^оС скорость растворения растет в 1,5–2 раза.

Большое влияние на скорость химического разрушения стекол оказывает качество их отжига. Закаленные стекла разрушаются в 1,5–2 раза быстрее, чем стекла хорошо отожженные.

Стойкость стекол к реагентам первой группы. Механизм действия этих реагентов на стекло заключается в том, что они вызывают удаление поверхностного слоя компонентов путем гидролиза силикатов и последующего растворения гидроксидов по схеме:

O O O

–O–Si–O –Si–O–Na + H₂O → NaOH + –O–Si–O– –OH

O ∞ O O

Растворимые гидроксиды щелочных металлов легко покидают места своего образования, диффундируя в раствор. Труднорастворимые гидроксиды остаются на поверхности стекла вместе с кремнеземистым слоем. Образование поверхностного кремнеземистого слоя (пленки) толщиной 50 нм, резко замедляет процесс дальнейшего разрушения стекла. При этом снижается химическая активность, электрическая проницаемость, коэффициент отражения, но прозрачность остается высокой.

По стойкости к воде стела делят на 5 гидролитических классов (проверяют кипячением порошка в воде или 1Н растворе H₂SO₄).

В серии силикатных стекол высокой химической стойкостью обладают кварцевые, боросиликатные, алюмосиликатные. Химическая стойкость возрастает при вводе в их состав оксидов титана, циркония, олова. Щелочные оксиды снижают химическую стойкость.

Стойкость стекол к реагентам второй группы. Реагенты второй группы разрушаю непосредственно кислородный каркас стекла по реакции:

O O O O O

–O–Si–O–Si– –O–Si– + 2NaOH → Na₂SiO₃ + –Si–O–Si– –OH

O O O O O

В результате воздействия щелочей на силикатное стекло образуются стабильные анионы типа SiO₃^2–, SiO₄^4–, Si₂O₅^2– и соответствующие легкорастворимые силикаты щелочных металлов.

По убыванию силы воздействия гидроксиды щелочных металлов располагаются в ряд: NaOH → KOH → LiOH → NH₄OH.

Растворы карбонатов натрия и калия оказывают более сильное разрушающее действие на стекло, чем растворы едких щелочей.

Стойкость стекол к действию щелочей характеризуют по потере массы на 100 см² поверхности образца в результате кипячения в 2Н растворе NaOH или в смеси 0,5Н растворе NaOH и 0,5Н растворе Na₂CO₃. По этой характеристике стекла классифицируют на три класса, мг/100см²: 1 – 0–75; 2 – 75–150; 3 > 150.

Разрушение стекол растворами фосфатов сопровождается образованием растворимых гидросиликофосфатов. Растворы фосфатов – агрессивнее растворов щелочей. При действии плавиковой кислоты стравливание поверхностного слоя сопровождается образованием фтористых соединений кремния:

O O O O O

–O–Si–O–Si– –O–Si– + 4HF + H₂O → SiF₄ + 2H₂O + –Si–O–Si– –O–

O O O O O ∞

Химическая стойкость силикатных стекол к реагентам второй группы примерно в 100 раз ниже, чем к реагентам первой группы.

Максимальная потеря массы по гидролитической классификации в растворах реагентах I группы составляет около 1,5 мг на 100 см² поверхности стекла, а для реагентов II группы 150 мг/100 см². После действия реагентов второй группы поверхность стекла становится матовой, ухудшается прозрачность.