1- Độ bền hóa của thủy tinh:

1.1 Khái niệm : Độ bền hóa của thủy tinh là năng lực chịu đựng sự tính năng của những tác nhân hóa học như nước, axit, kiềm … Mỗi loại thủy tinh có độ bền hóa tùy thuộc vào thành phần và điều kiện kèm theo hủy hoại nó. Loại thủy tinh bền hóa nhất là thủy tinh thạch anh và kém bền nhất là thủy tinh nước. Quá trình hủy hoại thủy tinh là một quy trình phức tạp. Có thểchia làm 2 loại : Hòa tan và xâm thực .
– Quá trình hòa tan : Khi hàng loạt thành phần thủy tinh bị tàn phá ( bị hòa tan trọn vẹn ). Ví dụ : Tác dụng của HF hay kiềm đậm đặc lên thủy tinh .

-Quá trình xâm thực: Chỉ một bộ phận thủy tinh bị hòa tan còn lại trên bề mặt là lớp gel ôxyt  silic. Quá trình này xảy ra khi thủy tinh tiếp xúc với nước, axit và kiềm loãng.

a/ Tác dụng của nước lên thủy tinh : Theo Greben sikop quá trình xâm thực của nước đối với thủy tinh xảy ra 5 bước:

B1 ) – Nước công dụng với một phần ôxyt kiềm :
R2O. x SiO2 + ( 1 + y ) H2O = 2 ROH + x SiO2. yH2O
B2 ) – Dung dịch kiềm vừa tạo ra hòa tan một phần SiO2
B3 ) – Hình thành trên mặt phẳng thủy tinh một lớp màng gel SiO2và những hydrat khó tan của những ôxyt khác làm hạn chế quy trình xâm nhập của nước vào mặt phẳng thủy tinh .
B4 ) – Nước làm trương nở lớp gel ôxyt silic .
B5 ) – Nước xâm nhập và công dụng vào lớp thủy tinh sâu hơn kèm theo sự khuếch tán của ôxyt kiềm từ trong ra ngoài .

    b/ Tác dụng của axit lên thủy tinh:

Tác dụng của axit lên thủy tinh cũng tương tự như như nước, nhưng khác ở chỗ là axit không hòa tan lớp gel SiO2 như nước mà link Si-O-Si vẫn bảo toàn và tạo một lớp màng phủ mỏng mảnh với hàm lượng SiO2 ~ 90 %. Trong quy trình ăn mòn, axit sẽ hòa tan một số ít cấu tử bền nước như Al3 +, Ca2 +
Do đó thủy tinh thủy tinh giàu Al2O3 và CaO như thủy tinh vỏ hộp, thủy tinh sợi bền nước nhưng kém bền axit. Axit HF thuộc trường hợp đặc biệt quan trọng. Khi tiếp xúc với thủy tinh nó tàn phá link SiO-Si tạo SiF4, H2SiF6 bay hơi. Do đó nó hòa tan thủy tinh hoàn toàn và được sửdụng để ăn mòn thủy tinh. Axit H3PO4 ở nhiệt độ lớn hơn 100.0 C có tính năng như HF .

    c/ Tác dụng của kiềm lên thủy tinh:

Sự ăn mòn của kiềm khác hẳn với nước và axit. Kiềm hủy hoại link Si-O-Si, không tạo màng gel SiO2, do đó kiềm ăn mòn mạnh hơn nhiều so với nước và axit. Vì vậy không hề dùng những bình thủy tinh khi xác lập độ bền kiềm của thủy tinh và không chứa kiềm trong những chai lọ thủy tinh lâu ngày .
Khi thủy tinh bị nước hay axit ăn mòn, những loại sản phẩm tạo thành sẽ không bị hòa tan mà bám vào mặt phẳng thủy tinh, hạn chế sự ăn mòn tiếp, điều này không xảy ra với kiềm. Tốc độ ăn mòn thủy tinh của kiềm ( hàm lượng thủy tinh hao hụt ) tỉ lệ thuận với thời hạn công dụng tức theo qui luật đường thẳng. Riêng kiềm rất loãng 0,001 N tính năng giống như nước .

    d/Tác dụng của dung dịch muối lên thủy tinh:

Tác dụng này phụ thuộc vào vào phản ứng của chúng, tức phụ thuộc vào vào nồng độ H + Nếu dung dịch muối có độ PH càng xa điểm trung hòa thì chúng càng giống công dụng của axit hoặc kiềm .

1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền hóa của thủy tinh:

Độ bền hóa của thủy tinh nhờ vào vào nhiều yếu tố khác nhau như : Bản chất của thủy tinh, thực chất của tác nhân ăn mòn, điều kiện kèm theo ăn mòn … Ảnh hưởng của mỗi cấu tử đến độ bền hóa của thủy tinh không chỉ do thực chất và lượng nó quyết định hành động mà còn tùy thuộc vào thành phần cơ bản của thủy tinh. Độ bền hóa không hề tính theo qui tắc cộng .
Nhìn chung những ôxyt kiềm luôn làm giảm độ bền hóa do những silicat kiềm dễ bị thủy phân và hydroxit kiềm sau khi thủy phân hấp thụ mạnh CO2 và SO2 trong không khí tạo Na2CO3, Na2SO4 liên tục gặm mòn thủy tinh. Khi tăng hàm lượng kiềm độ hòa tan của nhiều thủy tinh hoàn toàn có thể chuyển từ dạng xâm thực sang dạng bị hòa tan. Ví dụ : Thủy tinh silicat canxinatri có hàm lượng Na2O > 30 % sẽ bị hòa tan trong nước sôi. Ôxyt SiO2, ngược lại luôn làm tăng độ bền hóa của thủy tinh

Loại thủy tinh silicat có độ bền hóa tăng lên khi thay thế các cấu tử ôxyt kiềm bằng ôxyt kiềm thổ hoặc khi đưa vào thủy tinh các ôxyt hóa trị 3,4. Vì vậy thủy tinh silicat kiềm nhiều cấu tử bền hóa hơn thủy tinh silicat 2 cấu tử.

Các silicat kẽm, beri, cadmi có độ bền nước khá cao ; silicat manhê và stronti kém bền hơn, còn silicat chì, bari rất kém bền. Silicat zircon, những alumosilicat và borosilicate ( với B2O3 < 12 % ) có độ bền nước rất cao . Các loại thủy tinh axit có hàm lượng kiềm thấp, kiềm thổ vừa phải có độ bền axit khá cao. Thủy tinh chứa TiO2, ZrO2, Al2O3 đặc biệt quan trọng bền axit . Độ bền kiềm của thủy tinh rất khó nâng cao, nhất là khi thiên nhiên và môi trường kiềm có nồng độ lớn . Các ôxyt BaO, MgO, TiO2, PbO làm giảm độ bền kiềm. Ôxyt Al2O3, đặc biệt quan trọng là ZrO2 làm tăng độ bền kiềm. Như vậy silicat zircon tỏ ra vững chắc với nhiều tác nhân hóa học khác nhau ( nước, axit, kiềm ) . Sự tàn phá thủy tinh mạnh nếu nhiệt độ và áp suất thiên nhiên và môi trường tăng lên. Nước có công dụng đặc biệt quan trọng mạnh ở nhiệt độ lớn hơn 100.0 C. Tăng áp suất của nồi hấp đến 30-100 at nhiều loại thủy tinh bền hóa cũng bị tàn phá. Độ bền hóa của thủy tinh bị giảm đi nhiều khi mặt phẳng bị nhiều vết xước, lồi lõm. Thủy tinh được đánh nhẵn bằng lửa có độ bền hóa cao hơn thủy tinh đánh nhẵn bằng cơ học. Ngoài ra, độ giống hệt của thủy tinh cũng ảnh hưởng tác động đến độ bền hóa của nó. Thủy tinh được nấu ở nhiệt độ cao, độ giống hệt tốt có năng lực chống xâm thực lớn hơn những thủy tinh có cùng thành phần nhưng không thật giống hệt .

2 Tính chất cơ học của thủy tinh:

    2.1 Mật độ và thành phần hóa:

Thủy tinh có thành phần hóa khác nhau thì có tỷ lệ khác nhau. Mật độ của phần nhiều thủy tinh silicat canxi natri giao động 2,5 g / cm3. Loại thủy tinh thạch anh và thủy tinh kỹ thuật giàu SiO2, B2O3 như simax, sial, thủy tinh điện chân không có tỷ lệ nhỏ 2,2 – 2,3 g / cm3. Thủy tinh giàu PbO, BaO có tỷ lệ lớn đến 5-7 g / cm3. Tóm lại [ Si, B, P ], [ Be, Al, Mg ] và [ Li, Na, K ] công dụng tỷ lệ nhỏ, [ Ca, Sr, Ba ] công dụng tỷ lệ thủy tinh lớn, lớn hơn nữa là Zn, Cd và những nguyên tố nặng như Pb, Ti. Mật độ của thủy tinh hoàn toàn có thể xác lập bằng đo lường và thống kê theo qui tắc cộng từ thành phần hóa .

   2.2 Các tính chất cơ học khác của thủy tinh:

Thủy tinh khác nhau có độ bền nén, kéo, uốn khác nhau và giao động trong một khoảng chừng khá rộng. Độ bền nén xê dịch từ 3.000 – 12.000 kg / cm2. Độ bền kéo và uốn giao động nhau vì 2 dạng này có tương quan ngặt nghèo nhau, thường nhỏ hơn bền nén khoảng chừng 10-15 lần .
Độ chịu va đập của thủy tinh bộc lộ một đặc thù rất đặc trưng của nó là tính giòn và được đo bằng công thiết yếu để hủy hoại 1 đơn vị chức năng mẫu thử. Các ôxyt B2O3, MgO, Al2O3 làm tăng độ chịu va đập của thủy tinh còn những ôxyt khác ít ảnh hưởng tác động .
Độ cứng của thủy tinh xê dịch từ 5-7 theo thang Mohs và thủy tinh thạch anh là thủy tinh có độ cứng lớn nhất, mềm nhất là thủy tinh giàu PbO .
Các đặc thù cơ học này của thủy tinh nhờ vào mạnh vào trạng thái mặt phẳng của mẫu thử, hình dạng mẫu, kích cỡ mẫu, nhiệt độ thí nghiệm và vận tốc tăng tải trọng khi thử. Nói chung độ bền cơ học của thủy tinh theo những nhà nghiên cứu khác nhau thường không giống nhau .

3 Tính chất nhiệt của thủy tinh:

Thủy tinh là loại vật tư dẫn nhiệt rất kém, đây là một trong những nguyên do gây ra ứng suất hủy hoại thủy tinh khi đốt nóng hay làm lạnh bất ngờ đột ngột. Thành phần hóa ảnh hưởng tác động rất ít đến độ dẫn nhiệt. Phần lớn thủy tinh có độ dẫn nhiệt trong khoảng chừng 0,0017 – 0,0032 Cal / cm. s. 0C ở nhiệt độ thường. Thủy tinh thạch anh có độ dẫn nhiệt tốt nhất, khi thêm những ôxyt khác vào độ dẫn nhiệt sẽ giảm. Ngược với độ dẫn nhiệt, tỉ nhiệt của thủy tinh nhờ vào vào thành phần hóa và vào nhiệt độ. Trong khoanh vùng phạm vi nhiệt độ thường thủy tinh có tỉ nhiệt vào thời gian 0,08 – 0,25 Cal / g. 0C .
Hệ số co và giãn nhiệt nhờ vào mạnh vào thành phần hóa và biến hóa trong một khoanh vùng phạm vi khá rộng. Thủy tinh thạch anh có thông số co và giãn nhiệt thấp nhất α = 5,8. 10-7 / 0C. Các ôxyt kiềm đều làm tăng α lên. Các dụng cụ chịu nhiệt bằng thủy tinh luôn yên cầu phải có α nhỏ, còn những loại thủy tinh dùng để chắp nối với nhau và với sắt kẽm kim loại thì yên cầu phải có α xê dịch nhau trong khoảng chừng nhiệt độ thường đến nhiệt độ hấp ủ. Nếu không như thế mối hàn dễ bị tàn phá bởi tính năng nhiệt. Có thể xác lập α bằng nhiều cách nhưng thông dụng nhất là giải pháp Đilatomet thạch anh .
Một đặc thù quan trọng nữa của thủy tinh là độ chịu nhiệt hay độ bền xung nhiệt. Tính chất này phản ánh năng lực chịu đựng của thủy tinh khi nhiệt độ đổi khác bất thần. Độ chịu nhiệt ( ∆ t ) là một đặc thù kỹ thuật phức tạp do nhiều đặc thù lí học của thủy tinh quyết định hành động như thông số co và giãn nhiệt, độ đàn hồi, cường độ chịu kéo, độ dẫn nhiệt, tỉ nhiệt. Độ bền nhiệt còn phụ thuộc vào vào hình dạng cũng như size mẫu sản phẩm .

Thông thường độ chịu nhiệt được xác định bằng hiệu số nhiệt độ làm lạnh đột ngột mà thủy tinh không bịphá hủy. Để đặc trưng cho độ chịu nhiệt của thủy tinh cũng có thể dùng hệ số K xác định bằng biểu thức:  K=P/α.E x ð λ / cd

P. cường độ chịu kéo của thủy tinh ; α thông số co và giãn nhiệt ; E mô đun đàn hồi d tỷ lệ ; c tỉ nhiệt. Chiều dày của mẫu sản phẩm thủy tinh có ảnh hưởng tác động đến độ chịu nhiệt của nó. Chiều dày càng lớn độ chịu nhiệt càng giảm và mẫu sản phẩm càng lớn độbền nhiệt càng kém .
Yếu tố quyết định hành động độ bền nhiệt của thủy tinh là thông số co và giãn nhiệt. Thạch anh có α nhỏ nhất nên bền nhiệt nhất, sau đó là thủy tinh boro silicate ít kiềm và kém bền nhất là thủy tinh giàu kiềm .

Source: https://acic.com.vn
Category : Hỏi đáp hóa học