学号： 090423027
玻璃的化学稳定性
2012 ~ 2013学年 二 学期
学 院： 材料学院 专业班级： 无机09-3班 姓 名： 常 震
报告成绩： 评阅教师： 评阅日期：
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+离子进行离子交换，其反应为：
SiONa++HOH+-交换SiOH＋NaOH（6-1）
这一交换又引起下列反应：
OHSi水化3OH+2H2OHOSiOHOH（6-2）
（6-3）
中和Si(OH)4+NaOH
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：
(6-4)
[Si(OH)3O]-Na++H2O
随着这一水化反应继续，Si原子周围原有的四个桥氧全部成为OH，形成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
距离/μm 水分子极化,而定向地附着
在自己周围 ，成为Si(OH)4·nH2O（或写成SiO2·xH2O），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。
二、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。
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SiO2较高时，则后一种效果是主要的。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
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（≡Si—O—Si≡），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：
离子浓度/（实测值/平均
≡Si—O—Si≡+ OH― → ≡Si—O― + HO—Si≡ （6-5）
而且又由于在碱液中存在如下反应：
Si(OH)4+NaOH →[Si(OH)3O]―Na++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侵蚀时间/h
图6-2 Na2O—CaO—SiO2玻璃附能力以及侵蚀后玻璃表面形成
（Na2O15.5，CaO12.5，
的硅酸盐在碱溶液中溶解度大SiO270.0mass%）
在70℃，PH为11.50的碱溶液中的侵蚀 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、RO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。
侵蚀深度/nm 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。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。