Химична устойчивост

Стъклото е доста химически устойчив материал. Киселините, с изключение на флуорната и фосфорната киселини, практически не действат върху стъклото. Няма обаче очила, които изобщо да не реагират с вода и основи. При продължително излагане на алкали върху стъклото то се излугва, променя се в състава, вида и свойствата. Под действието на вода настъпва хидролиза на стъкло, в резултат на което определено количество алкали и други разтворими компоненти преминава във вода; те могат да бъдат определени чрез титруване с 0,01 N. НО колкото повече киселина се използва за титруване, толкова по-малко водоустойчиво е стъклото.

Във връзка с действието на водата чашите се разделят на пет хидролитични класа.

Клас I включва очила, които практически не се променят от вода, клас V-незадоволителни очила; клас II включва устойчиво стъкло; до клас III - солиден хардуер; до клас IV - меки хардуерни очила.

Повечето силикатни стъкла, произведени в индустрията, принадлежат към границата на класове II и III или към началото на клас III.

Кварцовото стъкло има най-висока химическа устойчивост на вода и киселинни агресивни среди, но също така е нестабилно към основи, както другите стъкла. Например, когато кварцовото стъкло е изложено на концентрирана HCl за 120 h при 20 ° C, загубата на стъклена маса е 25 mg/cm 2 и когато същото стъкло е изложено на 1% разтвор на NaOH за същото време и при същата загуба на маса е 160 mg/cm 2 .

Химичната устойчивост на стъклото обаче зависи и от неговата обработка. По този начин той се издига след издухване на стъкло от разтопено стъкло, както и след отгряване в пещи, чиято атмосфера съдържа серен диоксид. Това се дължи на факта, че при високи температури възниква реакция между съединенията на алкалните метали, които изграждат стъклото, и газовете, съдържащи се в атмосферата около стъклото, и то само върху стъклената повърхност.

Този процес обикновено се нарича декакализация на стъклената повърхност.

Очилата, използвани за производството на лабораторни инструменти и апарати, трябва да имат висока химическа устойчивост, топлоустойчивост и в същото време трябва да се обработват лесно в пламъка на горелките за издухване на стъкло. В зависимост от топлоустойчивостта на очилата те се класифицират. В този случай коефициентът на топлинно разширение се приема като основа за принадлежността на стъклата към определена група. Няма строга класификация на стъклата по топлоустойчивост, но условната класификация на стъклата по топлоустойчивост, предложена от S.K. Дуброво. Според тази класификация всички очила могат да бъдат разделени на четири групи.

Първата група се състои от очила с относително ниска устойчивост на топлина. Коефициентът им на топлинно разширение варира в рамките на - 10 -7 1/K в диапазона 20-400 ° С. Такива стъкла съдържат 67-69% силициев оксид и 12-18% оксиди на алкални метали. Тази група очила включва: № 23, XU-1, немски Тюрингски, Unichost, X8, Murano X, оловни очила и някои други.

Чашите от тази група са относително ниско топящи се, поради което те трябва да се обработват много внимателно, като периодично се загряват преработените продукти на пламък. Лечението се извършва при "мек" пламък на горелки с малко добавяне на кислород, а понякога и без кислород. Ниско топящите се стъкла са най-податливи на „девитрификация“, т.е. при продължително нагряване в пламък на горелка, алкалните метални оксиди са частично „изгорени“ от горните слоеве на стъклото. Стъклото на мястото на нагряване губи своята прозрачност и се замъглява, а след охлаждане става грубо на допир. Те се отърват от това, като "осоляват" пламъка, за което в пламъка на горелката се въвежда марлен тампон, навлажнен с наситен разтвор на натриев хлорид. Солта, утаявайки се върху девитрифицираната зона на омекотеното стъкло, я връща в първоначалния си вид.

Особено внимание трябва да се обърне на обработката на оловни стъкла, тъй като при продължително нагряване в пламък те стават черни в резултат на намаляването на металното олово. За да се предотврати това, оловните стъкла се обработват в окислителната зона на пламъка. Почерняване на оловните стъкла може да възникне и при продължително нагряване от електрически нагреватели в присъствието на кислород.

Втората група се състои от очила с повишена топлоустойчивост. Стойността на коефициентите им на топлинно разширение се намира в диапазона от -10 7 1/K. Те съдържат 72 до 76% силициев оксид, 6-10% алкален метален оксид и 3-8% борен оксид. Тази група включва стъкла: молибден, DG-2, Sial, Yenaterm и др. Очилата от тази група са най-широко използвани за производството на устройства и вакуумни комуникации във всички запоени лабораторни инсталации.

Молибденовите очила са най-популярните у нас. Те получиха името молибден поради забележителното им свойство - да осигуряват вакуумно плътно съединение с метален молибден. Молибденовите стъкла отстъпват по своите химични свойства на другите стъкла: те са по-малко устойчиви на киселини, вода и алкали. Те обаче са газопропускливи и лесни за обработка. Те са намерили приложение в различни индустрии, например в електрическия вакуум. При продължително съхранение в неблагоприятни складови условия, молибденовите стъкла могат да кристализират.

Молибденовите стъкла не издържат на много продължително нагряване в пламък и на кръстовищата те могат да намутнеят, придобивайки кафеникаво-белезникав или тъмнокафяв оттенък. Очевидно при високи температури и въздушно-кислороден взрив се получава окисляване на някои от металните оксиди, които изграждат стъклото. Невъзможно е да се премахне облачността, следователно обработката на такова стъкло върху пламъка на горелките трябва да се извършва бързо.

През последното десетилетие Институтът по силикатна химия и заводът „Дружная горка“ разработиха ново домашно стъкло DG-2. Стъклото беше високо оценено както за лекотата на издухване и ковкост, така и за качеството на стъклените изделия. Преработва се отлично на газови горелки, има по-висока устойчивост на температура от молибденовите стъкла, но по-малко от стъклата Pyrex. DG-2 стъклото не замъглява при продължителна обработка в пламък, то е отлично запоено с молибденови стъкла и стъкла Sial и G20, устойчиви на основи, киселини и вода.

Според данните на С. К. Дуброво тръбите от стъкло DG-2 издържат на доста високо налягане и се пукат при следните условия:

Изглежда, че стъклото DG-2 ще намери широко приложение при издухването на стъкло. Неговите свойства са подобни на стъклото Sial.

Очила Yenatherm и G20 са по-добри по отношение на устойчивостта на топлина на изброените по-горе; тяхната химическа устойчивост на киселини, основи и вода е дори по-голяма от тази на чашите от типа "Pyrex", отнесени към третата група. Въпреки това е много по-трудно да се обработят тези стъкла в пламък на горелка, отколкото молибден, DG-2 и Sial; при нагряване те доста бързо се замъгляват. След производството, продуктите, направени от тях, трябва да се загряват по-внимателно и дълго време на пламък на горелка без кислород, отколкото всички други стъкла. Ienatherm е запоен с молибденови стъкла и стъкло от третата група Duran 50 с проста връзка, поради което често се използва като "преходно" стъкло за запояване на устройства от стъкло от втора група към части на устройството от стъкло на третата група.

Третата група са очила с устойчивост на висока температура. Техният коефициент на топлинно разширение е равен на 10 -7 1/К. Обикновено това са високосиликатни нискоалкални боросиликатни стъкла от типа Pyrex: топлоустойчиви, Simax, Razotherm, Duran, Gizil и Fol-nix, Thermisil, Corning и др.

Очилата Pyrex са патентовани през 1915-1919. служители на компанията "Corning" Съливан и Тейлър, но по-късно очилата "Pyrex" са широко използвани в много страни по света под различни имена. Тези очила са силно химически устойчиви на вода и киселини. Обработката на такива стъкла в пламъка на горелки за издухване на стъкло изисква висока температура на пламъка.

800 ° C, следователно обработката често се извършва върху горелки, предназначени за кварцово стъкло.

Някои очила "Pyrex" кристализират и се замъгляват при продължително нагряване, на повърхността на продукта се появяват "бръчки". Почти е невъзможно да се отървем от кристализацията, ако тя е настъпила. Тъй като обработката на такива стъкла се извършва при висока температура, някои от стъклените компоненти се освобождават, повърхността на продуктите е покрита със слаб бял налеп, който лесно се отстранява, когато продуктът се избърсва. Наличието на плака помага за ускоряване на кристализацията на стъклото, поради което след приготвяне на заготовки от очила "Pyrex", предназначени за преработка в пламък, от тях трябва да се отстрани бяла плака чрез внимателно избърсване на повърхността с чиста влажна марля или калико.

Въпреки високата топлоустойчивост, очилата "Pyrex" изискват спазване на всички правила за обработка на стъкло върху стъклени и кварцови горелки.

Четвъртата група - особено високотемпературни стъкла от кварцов тип, коефициентът им на термично разширение е 6-10 7 1/К. Те съдържат 98,9-99,9% силициев оксид.