Химическая коррозия стёкол в растворах реагентов

Первой группы

Реагенты первой группы вызывают удаление из поверхностного слоя щелочных компонентов путем гидролиза силикатов и последующего растворения гидроксидов. В общем случае протекает реакция:

.

Растворимые гидроксиды диффундируют в раствор, труднорастворимые – остаются на поверхности. Поверхностный слой отличается повышенным содержанием диоксида кремния SiO₂ и пронизан ультрадисперсными порами, заполненными продуктами гидролиза. При толщине поверхностного слоя δ > 50 нм скорость разрушения стекла замедляется.

При воздействие на стекло кислот (соляной, муравьиной, уксусной, азотной) в основном протекают те же процессы. При разбавлении кислот гидролиз усиливается, возрастает скорость перехода продуктов гидролиза в раствор. В результате образуется крупнопористый и толстый (δ ≈ 100 – 300 нм) защитный кремнезёмистый слой. Понижается химическая активность поверхности, электропроводность, коэффициент отражения. Тем не менее, прозрачность стекла остается высокой.

Подобным же образом действуют на стекло кислые газы, образующиеся сернокислотные или углекислотные соединения, которые легко смываются с поверхности. Если поверхность не омывается водой или раствором, то продукты реакции могут вызывать глубокие местные разрушения поверхности.

Особую осторожность следует проявлять при хранении листов стекла в ящиках, так как тонкие зазоры втягивают и удерживают влагу. Капли атмосферной влаги, растворяющие углекислый газ, при попадании между листами стекла вызывают интенсивную коррозию. Возникающий в ходе реакции щелочной раствор приводит к появлению изъянов в стекле.

По химической устойчивости к реагентам первой группы стёкла делятся на 5 гидролитических классов. Высокой химической устойчивостью обладает кварцевое стекло, боросиликатные стёкла (В₂О₃ < 17%), алюмосиликатные стёкла. Химическую устойчивость стекла повышают оксиды титана, циркония, ниобия, тантала, олова. Химическая устойчивость тем выше, чем ниже растворимость соответствующего гидрооксида.

В стёклах системы Ме₂О–SiO₂ коррозионная стойкость понижается от литиевых силикатов к калиевым. При наличии в стекле двух оксидов щелочных металлов (ΣМе₂О > 10мол.%) химическая устойчивость на 30-50% выше, чем при эквивалентном содержании одного из оксидов. Это эффект «двух щелочей», он наблюдается при изучении и других свойств, например, электропроводности.

Щелочно-земельные силикаты МеО-SiO₂ более химически устойчивы. Химическая устойчивость понижается в ряду: Be-Mg-Ca-Sr-Ba. Высокой химической стойкостью обладают цинкосодержащие стёкла. У свинецсодержащих стёкол низкая коррозионная стойкость. Катионы алюминия и бора повышают химическую стойкость, если встраиваются в кремнекислородную сетку.

Большинство промышленных стёкол относятся к III и IV гидролитическим классам. Более стойкими являются медицинское и химико-лабораторное стекла.

Защитные покрытия:прозрачные плёнки кремнийорганических соединений, фториды кадмия, оксиды алюминия и цинка. Для повышения химической стойкости стекла обрабатывают растворами кислот или выдерживают в атмосфере кислых газов.

Так как реагенты первой группы действуют на оксиды-модификаторы, расположенные в межтетраэдрических порах, то скорость коррозии замедляется со временем.