Кварцевое стекло. Его свойства, производство и применение - Глаголев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
Растворение различных стекол водой
кварцевое стекло. При этом следует отметить, что действие плавиковой кислоты на плавленый кремнезем проявляется несравненно слабее, чем это имеет место для других сортов стекол.
В зависимости от условий опыта реакция между Si02 и HF протекает по одному из следующих уравнений:
Si02 + 4HF = SiF4 ч- 2Н20; Si02 + 6HF = SiF42HF + 2Н20.
В первом случае получается четырехфтористый кремний, и во втором.— кремнефтористоводородная кислота. В отношении скорости соединения кварцевого стекла с плавиковой кислотой довольно ноказатепь-,ны опыты Schwarz lS0, который сравнивал действие 1%-ного раствора HF на различные модификации кремнезема. В течение 1 часа и при температуре 100° кислота растворила:
Кварц...................... 5,2%
Тридимит.................... . 20,3%
Кристобалит ..................25,8%
Кварцевое стекло................52,9%
Цифры эти очень интересны в том отношении, что показывают, как химическая устойчивость возрастает вместе с «аллотропической устойчивостью» той или иной модификации. Все происходит таким образом, как если бы химическая активность находилась в прямом отношении к избытку внутренней энергии вещества над тем уровнем, который отвечает наиболее устойчивой, при данных внешних условиях, структуре.
Мы уже говорили, что плавиковая кислота действует на кварцевое стекло слабее, чем на стекло обыкновенное. В этом отношении можно сослаться на опыты Gautier и Clausmann ш, которые дают следующую табличку относительных чисел интенсивности действия HF:
Обыкновенное стекло...............1 ООО
Кварцевое стекло ..............100
Кварц || оси.................... 11
Кварц оси................... 1
Мы видим, что кварцевое стекло разрушается плавиковой кислотой в_10 раз медленнее обыкновенного стекла.
Другая из действующих на кварцевое стекло кислот — фосфор-ная _(Р205) — обнаруживает тенденцию разлагать его лишь при температурах, превышающих 300°. В химическом отношении реакция между 8Ю2 и фосфорной кислотой значительно отличается от рассмотренного случая плавиковой кислоты и определяется уравнением:
8Ю2 + Р205 = Р206.8Ю2.
В данном случае кремнезем, представляющий в общем случае .кислотную группу, ведет себя как основание.
Поддаваясь действию плавиковой и фосфорной кислот, кварцевое стекло совершенно не изменяется другими кислотами (азотной, соляной, серной, царской водкой и пр.), почему и применяется с успехом во всех тех случаях, когда необходимы изделия из достаточно кислотоупорного материала, вытесняя сплошь и рядом дорогую платиновую посуду в области лабораторного оборудования и громоздкие и хрупкие керамические изделия .в области химической промышленности.
ДЕЙСТВИЕ ОСНОВАНИЙ И ОСНОВНЫХ СОЛЕЙ
По сравнению с действием кислот кварцевое стекло значительно менее прочно по отношению к щелочам и солям со щелочной реакцией. Степень разрушения ими кварцевого стекла зависит, во-первых, от щелочности того или иного вещества и, во-вторых, от целого ряда чисто физических факторов: концентрации и температуры вещества, продолжительности действия и величины поверхности соприкосновения.
Вполне аналогично действию кислот, и в данном случае химическая активность кремнезема в сильной степени зависит от того состояния, в котором он находится. Кварцевое стекло, как всегда, занимает среднее положение между кристаллическими и водными модификациями.
При комнатной температуре плавленый кремнезем почти совершенно не разлагается щелочными солями, но зато довольно сильно Подвержен действию оснований. Незначительность действия первых объясняется тем, что 5Ю3 — кислота чрезвычайно слабая, благодаря чему реакция замещения других кислот — в общем случае реакция эндотермическая. Табл. 49, взятая из опытов МуНиэ и Меизэег, дает количественную картину действия щелочей и щелочнъгх солей на кварцевое стекло при температурах в 18 и 100°.
ТАБЛИЦА 49
Температура Продолжительность Реактив Концентра- Потери
в ° С соприкосновения ция в мг
( 2 дня f NH4OH 10% 10% 30% 0,8
4 дня \ NaOH КОН 0,4 1,2
18 / NaOH 1/N 2
14 дней ! NaaC03 Ва2(ОН)3 1 NaaS04 l/N насыщ. 0,6 0
насыщ. 0
NaOH 2/N 33
100 1 3 часа КОН Na2CO, 2,N 2/N 31 10
Во всех случаях поверхность соприкосновения реактива и кварцевого стекла равнялась 90 смг. Из таблицы видно, что скорость реакции значительно повышается с повышением температуры. Аналогичные опыты показали, что еще более энергичной реакции можно достигнуть, если наравне с температурой повышать и давление.
СРАВНЕНИЕ КВАРЦЕВОГО СТЕКЛА С ДРУГИМИ СТЕКЛАМИ
Прежде чем перейти к специфическим реакциям 8Ю2, которые имеют место при высоких температурах, следует остановиться на оценке, того места, которое занимает по своим химическим свойствам кварцевое стекло в ряду других стекол, коль скоро дело идет о температурах, не превышающих 300—400°. Такая оценка особо важна для выяснения того, насколько кварцевое стекло превосходит по своим хими-
8 Кварцевое стекло ЫЗ
ческим свойствам как материал для лабораторной посуды другие сорта стекол. В зависимости от химического состава последних их устойчивость по отношению к тем или иным реактивам бывает различной. Стекла сильнощелочные в меньшей степени подвержены действию щелочей и солей со щелочной реакцией, чем стекла кислые, однако они более сильно растворяются водой и кислотами. В общем следует сказать, что почти во всех без исключения случаях кварцевое стекло превосходит по своей инертности все имеющиеся сорта стекол, включая и лучшие иенские-стекла. Табл. 50 дает действие NaOH при температуре 100° в течение 3 час. на 100 см2 различных стекол и действие на них воды в течение того же времени, но при температуре 80°. Цифры (за исключением цифр для кварцевого стекла, взятых по Mylius и Meusser182) заимствованы из работы Foreter.
