无机09-3班 常震 玻璃的化学稳定性

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1、学号：学号： 090423027 玻璃的化学稳定性玻璃的化学稳定性2012 2013学年学年 二二 学期学期学学 院院： ： 材材料料学学院院 专业专业班班级级： ： 无无机机0 09 9- -3 3班班 姓姓 名名： ： 常常 震震 报报告成告成绩绩： ： 评阅评阅教教师师： ： 评阅评阅日期：日期： 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为玻璃的化学稳 定性。 一、水对玻璃的侵蚀 水对不同成分的玻璃侵蚀情况不同。硅酸盐玻璃在水中的溶解过程 比较复杂，水对玻璃的侵蚀开始于水中的H+离子和玻璃中的Na+离子进 行

2、离子交换，其反应为：SiON a+ H+O H-N aO H SiO H这一交换又引起下列反应：OHSi+3 2H2O SiOHOHOHHOSi(OH)4+NaOH Si(OH)3O-Na+H2O反应式（6- 3）的产物为硅酸钠，其电离度低于NaOH的电离度。因此这一反应使溶 液中Na+离子浓度降低，促使反应（6- 2）进行。这三个反应互为因果，循环进行，而总的反应速度取决于离子交换反应式（6-1），因为它控制着 和NaOH的生成速度。 另外H2O分子（区别于H+离子）也能与硅氧骨架直接起反应：（6-1）（6-2）（6-3）随着这一水化反应继续，S i原子周围原有的四个桥氧 全部成为OH，形成

3、Si(OH)4 ，这是H2O分子对硅氧骨架 的直接破坏。 反应产物Si(OH)4是一 种极性分子,它能使周围的 水分子极化,而定向地附着 在自己周围 ，成为Si(OH)4nH2O（或 写成SiO2xH2O），这是 一个高度分散的SiO2 H2O系统，通常称为硅酸凝胶，除有一部分溶于水溶液外，大部分附着 在玻璃表面，形成一层薄膜。它具有较强的抗水和抗酸能力，因此， 有人称之为“硅胶保护膜 ”,并认为保护膜层的存在，使Na+和H+的离子扩散受到阻挡，离子交换 反应速度越来越慢，以致停止。2 2、酸对玻璃的侵蚀酸对玻璃的侵蚀除氢氟酸外，一般的酸并不直接与玻璃起反应，而是通过水对玻璃起除氢氟酸外，一般

4、的酸并不直接与玻璃起反应，而是通过水对玻璃起 侵蚀作用。酸的浓度大意味着其中水的含量低，因此，浓酸对玻璃的侵蚀作用。酸的浓度大意味着其中水的含量低，因此，浓酸对玻璃的 侵蚀能力低于稀酸。侵蚀能力低于稀酸。然而酸对玻璃的作用又与水对玻璃的作用有所不同。首先，在酸 中H+离子浓度比水中的H+离子浓度大，所以H+与Na+的离子交换速度在酸 中比在水中快，即在酸中反应式（6- 1）有较快的速度，从而增加了玻璃的失重；其次在酸中由于溶液的pH 值降低，从而使Si(OH)4的溶解度减小，也即减慢了式（6- 3）的反应速度，从而减少了玻璃的失重。当玻璃中R2O含量较高时，前 一种效果是主要的；反之，当玻璃含

5、SiO2较高时，则后一种效果是主要(6-4)距离/m离子浓度/（实测值/平均值）的。即高碱玻璃的耐酸性小于耐水性，而高硅玻璃的耐酸性则大于耐 水性。三、碱对玻璃的侵蚀三、碱对玻璃的侵蚀硅酸盐玻璃一般不耐碱，碱对玻璃的侵蚀是通过 OH离子破坏硅氧骨架（SiOSi），使 Si O键断裂，网络解体产生Si O群，使SiO2溶解在碱液中，其反应为：SiOSi+ OH SiO + HOSi （6-5）而且又由于在碱液中存在如下反应：Si(OH)4+NaOH Si(OH)3ONa+H2O (6-6)能不断的进行(此时NaOH不象水对 玻璃的侵蚀那样仅由离子交换而 得),所以使碱对玻璃的侵蚀过程 不生成硅胶

6、薄膜,而是玻璃表面层 不断脱落，玻璃的侵蚀程度与侵 蚀时间成直线关系。此外玻璃的 侵蚀程度还与阳离子的种类有关 ，见图6-2。由图6- 2可知，在相同pH值的碱溶液中， 不同阳离子的侵蚀顺序为： Ba2+ Sr2+NH4+Rb +Na+Li +N(CH3)4+ Ca2+ 另外，阳离子对玻璃表面的吸 附能力以及侵蚀后玻璃表面形成 的硅酸盐在碱溶液中溶解度大小 ，对玻璃的侵蚀也有较大影响。 例如Ca(OH)2溶液对玻璃的侵蚀较小,其原因就在于玻璃受侵蚀后生成硅图6-2 Na2OCaO SiO2玻璃（Na2O15.5，CaO12.5，SiO270.0 mass%） 在70，PH为11.50的碱溶液中

7、的侵蚀侵蚀深度/nm侵蚀时间/h酸离子与Ca2+离子在玻璃表面生成溶解度小的硅酸钙，从而阻碍了进一 步被侵蚀的缘故。 除此之外，玻璃的耐碱性还与玻璃中R O键的强度有关。R+和R2+随着离子半径的增加，耐碱性降低，而高场强 、高配位的阳离子能提高玻璃的耐碱性。 综上所述，碱性溶液对玻璃的侵蚀机理与水或酸不同。水或酸（ 包括中性盐和酸性盐） 对玻璃的侵蚀只是改变、破坏或溶解（沥滤）玻璃结构组成中的R2O、R O等网络外体物质；而碱性溶液不仅对网络外体氧化物起作用，而且也 对玻璃结构中的硅氧骨架起溶蚀作用。四、大气对玻璃的侵蚀四、大气对玻璃的侵蚀大气的侵蚀实质上是水汽、CO2、SO2等作用的总和。

8、玻璃受潮湿大 气的侵蚀过程首先开始于玻璃表面。玻璃表面的某些离子吸附了空气 中的水分子，在玻璃表面形成了一层薄薄的水膜，如果玻璃组成中R2O 等含量少，这种薄膜形成后就不再继续发展；如果玻璃组成中R2O含量 较多，则被吸附的水膜会变成碱金属氢氧化物的溶液，并进一步吸附 水，同时使玻璃表面受到破坏。 实践证明，水汽比水溶液具有更大的侵蚀性。水溶液对玻璃的侵蚀 是在大量水存在的情况下进行的，因此从玻璃中释出的碱（Na+离子） 不断转入水溶液中（不断稀释）。所以在侵蚀的过程中，玻璃表面附 近水的pH值没有明显的改变。而水汽则不然，它是以微粒水滴粘附于 玻璃的表面。玻璃中释出的碱不能被移走，而是在玻璃表面的水膜中 不断积累。随着侵蚀的进行，碱浓度越来越大，pH值迅速上升，最后 类似于碱液对玻璃的侵蚀。从而大大加速了玻璃的侵蚀。因此水汽对 玻璃的侵蚀先是以离子交换为主的释碱过程，后来逐步过渡到以破坏 网络为主的溶蚀过程，即水汽比水对玻璃的侵蚀更强烈。在高温、高 压下使用的水位计玻璃侵蚀特别严重，就是与水汽的侵蚀特性有关。