≡Si—O—Na++H+OH-=≡Si—OH+NaOH——(式一)
這一交換又引起下式的反應。
≡Si—OH+1.5H2O=HO—Si≡OH——(式二)
Si(OH)4+NaOH=[Si(OH)3O]-Na++H2O——(式三)
反應式(式三)的產物硅酸鈉,其電離度要低于NaOH的電離度,因此,這一反應使溶液中Na+溶度降低,這就對反應式(式二)有所促進。這三個反應互為因果,循環進行,而總的速度取決于離子交換反應式(式一),因為它控制著≡Si—OH和NaOH的生產速度。另一方面,H2O分子(區別于H+)也能對硅氧骨架直接起反應。
≡Si—O—Si≡+H2O=Si—2(≡Si—OH)——(式四)
隨著這一水化反應的繼續,Si原子周圍原有的四個橋氧全部成為OH【如反應式二】。這是H2O分子對硅氧骨架的直接破壞。
反應產物Si(OH)4是一種極性分子,它能使周圍的水分子極化,而定向地附著在自己的周圍,成為Si(OH)4·nH2O,或簡單地寫成SiO2·xH2O,這是一個高度分散的SiO2-H2O系統,通常稱之為硅酸凝膠,除有一部分溶于水溶液外,大部分附著在玻璃表面,形成一層薄膜,它具有較強的抗水和抗酸能力。因此有人稱之為“保護膜層”,并認為“保護膜層”的存在使Na+和H+的離子擴散受到阻擋,離子交換反應速度越來越慢,以致停止。但是許多實驗證明,Na+和H2O分子在凝膠層中的擴散速度比未在被侵蝕的玻璃中要快得多,其原因是:①由于Na+被H+代替,使結構變得疏松;②由于H2O分子破壞了網絡,造成斷裂,也有利于擴散。因此,硅酸凝膠薄膜并不會使擴散變慢。而進一步的侵蝕之所以變慢以致停頓,一方面是由于在薄膜內的一定深度中,Na+已很缺乏而且隨著Na+含量的降低,其它組分如R2+(堿土金屬或其它二價金屬離子)的含量相對上升,這些二價陽離子對Na+的“抑制效應”(阻擋作用)加強,因而是H+-Na+交換緩慢,在玻璃表面層中,反應式一幾乎不能繼續進行,從而反應式二和式三幾相繼停止,結果玻璃在水中的溶解量幾乎不再增加,水對玻璃的侵蝕也就停止了。
對于二元Na2O-SiO2玻璃體系,則在水中的溶解漿長期繼續下去,直到Na+幾乎全都被瀝慮為止。但在含有RO、R2O3、RO2(如ZeO2等)的三組份或多組分系統中,情況就大為不同。如上述,如果有第三,第四等其他組分的存在,對于Na+擴散有巨大影響,它們通常能阻擋Na+的擴散,并且Na+的相對溶度(相對于R2+、R3+、R4+的含量來說)越低,則所受阻擋越大,擴散越來越慢,以致幾乎停止。
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