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水對(duì)玻璃的侵蝕機(jī)理
 發(fā)布時(shí)間:2013年04月27日 瀏覽:5732
硅酸鹽玻璃在水中的溶解過程比較復(fù)雜,水對(duì)玻璃的侵蝕開始于水中的H+和玻璃中的Na+進(jìn)行交換,其反應(yīng)為:

SiONa++H+OH-=SiOH+NaOH——(式一)

這一交換又引起下式的反應(yīng)。

SiOH+1.5H2O=HOSiOH——(式二)

Si(OH)4+NaOH=[Si(OH)3O]-Na++H2O——(式三)

反應(yīng)式(式三)的產(chǎn)物硅酸鈉,其電離度要低于NaOH的電離度,因此,這一反應(yīng)使溶液中Na+溶度降低,這就對(duì)反應(yīng)式(式二)有所促進(jìn)。這三個(gè)反應(yīng)互為因果,循環(huán)進(jìn)行,而總的速度取決于離子交換反應(yīng)式(式一),因?yàn)樗刂浦?/span>SiOHNaOH的生產(chǎn)速度。另一方面,H2O分子(區(qū)別于H+)也能對(duì)硅氧骨架直接起反應(yīng)。

SiOSi+H2O=Si2(SiOH)——(式四)

隨著這一水化反應(yīng)的繼續(xù),Si原子周圍原有的四個(gè)橋氧全部成為OH【如反應(yīng)式二】。這是H2O分子對(duì)硅氧骨架的直接破壞。

反應(yīng)產(chǎn)物Si(OH)4是一種極性分子,它能使周圍的水分子極化,而定向地附著在自己的周圍,成為Si(OH)4·nH2O,或簡(jiǎn)單地寫成SiO2·xH2O,這是一個(gè)高度分散的SiO2-H2O系統(tǒng),通常稱之為硅酸凝膠,除有一部分溶于水溶液外,大部分附著在玻璃表面,形成一層薄膜,它具有較強(qiáng)的抗水和抗酸能力。因此有人稱之為“保護(hù)膜層”,并認(rèn)為“保護(hù)膜層”的存在使Na+H+的離子擴(kuò)散受到阻擋,離子交換反應(yīng)速度越來越慢,以致停止。但是許多實(shí)驗(yàn)證明,Na+H2O分子在凝膠層中的擴(kuò)散速度比未在被侵蝕的玻璃中要快得多,其原因是:①由于Na+H+代替,使結(jié)構(gòu)變得疏松;②由于H2O分子破壞了網(wǎng)絡(luò),造成斷裂,也有利于擴(kuò)散。因此,硅酸凝膠薄膜并不會(huì)使擴(kuò)散變慢。而進(jìn)一步的侵蝕之所以變慢以致停頓,一方面是由于在薄膜內(nèi)的一定深度中,Na+已很缺乏而且隨著Na+含量的降低,其它組分如R2+(堿土金屬或其它二價(jià)金屬離子)的含量相對(duì)上升,這些二價(jià)陽離子對(duì)Na+的“抑制效應(yīng)”(阻擋作用)加強(qiáng),因而是H+-Na+交換緩慢,在玻璃表面層中,反應(yīng)式一幾乎不能繼續(xù)進(jìn)行,從而反應(yīng)式二和式三幾相繼停止,結(jié)果玻璃在水中的溶解量幾乎不再增加,水對(duì)玻璃的侵蝕也就停止了。

對(duì)于二元Na2O-SiO2玻璃體系,則在水中的溶解漿長(zhǎng)期繼續(xù)下去,直到Na+幾乎全都被瀝慮為止。但在含有ROR2O3、RO2(如ZeO2等)的三組份或多組分系統(tǒng)中,情況就大為不同。如上述,如果有第三,第四等其他組分的存在,對(duì)于Na+擴(kuò)散有巨大影響,它們通常能阻擋Na+的擴(kuò)散,并且Na+的相對(duì)溶度(相對(duì)于R2+R3+、R4+的含量來說)越低,則所受阻擋越大,擴(kuò)散越來越慢,以致幾乎停止。


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