STABILITATEA HIDROLITICA A STICLEI
Sticla este un material foarte rezistent din punct de vedere chimic. Ca oricare alt material sticla poate totusi reactiona, mai mult sau mai putin, cu diferiti reactivi chimici sau alte substante cu care vine in contact.. Deoarece sticla este utilizata de cele mai multe ori in scopuri practice ca material care nu trebuie sa interactioneze chimic cu aceste substante, prezinta interes masurarea gradului in care ea poate interactiona chimic cu diferiti reactivi sau materiale cu care vine in contact.
Se numeste stabilitate (sau rezistenta) chimica aptitudinea sticlei de a rezista atacului chimic al diferitilor reactivi. In mod curent se masoara stabilitatea chimica a sticlei la apa, acizi si baze. Dar se poate masura la oricare alt agent chimic. Stabilitatea chimica a sticlei la apa se mai numeste si stabilitate hidrolitica.
1. Atacarea sticlei de catre apa
Apa, in stare de vapori sau lichida, ataca prac 535b18f tic toate sticlele, dar intr-o masura diferita de la sticla la sticla. Acest atac difera, de asemenea, dupa cum sticla este in contact cu apa in stare de vapori (prezenta totdeauna in atmosfera) sau cu apa in stare lichida (in cantitate mare - dintr-un vas, de exemplu).
Atacarea suprafetei sticlei si apoi a straturilor interioare ale ei include cateva procese care au loc initial succesiv, apoi simultan, cu viteze diferite in functie de conditiile atacului:
adsorbtia apei din atmosfera cu formarea unui strat a carui grosime creste odata cu cresterea umiditatii aerului si a continutului de oxizi alcalini din sticla. In cazul apei in cantitate mare grosimea acestui strat va fi maxima;
schimbul ionic difuzional dintre ionii alcalini din compozitia sticlei si protonii din apa, cu formarea pe suprafata sticlei a unui strat de gel de silice si in apa a unei solutii de hidroxid alcalin
= Si -O-Na+ + H -O -H =Si - OH + Na+OH- (1)
Prezenta acestui gel de silice are rol protector din punct de vedere chimic, impiedicand continuarea atacului.
hidroliza silicatilor si a altor compusi chimici, precum si solubilizarea unor componenti.
Prezenta apei adsorbite in cantitate mica intr-o pelicula superficiala (in contact cu apa atmosferica) are ca efect concentrarea in timp a hidroxidului alcalin in aceasta pelicula. Cresterea concentratiei alcaline conduce la dizolvarea peliculei de gel de silice de catre hidroxidul alcalin, lipsind astfel suprafata sticlei de protectie chimica. In felul acesta un nou strat de sticla poate fi atacat de apa, procesul continuand, dar in mod neuniform, unele portiuni fiind corodate mai mult decat altele. Se produce o degradare a suprafetei sticlei manifestata prin aparitia unor pete care nu mai pot fi indepartate, iar sticla isi reduce transparenta.
Prezenta apei in cantitate mare (in contact cu apa lichida dintr-un vas) face ce hidroxidul alcalin sa ramana intr-o concentratie foarte mica, neputand dizolva pelicula de silice. In acest caz aparitia petelor este putin probabila, suprafata sticlei ramanand plana si transparenta. In schimb protonii din apa, prezenti in cantitate mare (la un interval mare de timp de contact al sticlei cu apa), patrund tot mai adanc in sticla si determina cresterea volumului sticlei unde au patruns. Se produce o 'umflare' a sticlei (la nivel structural, bineinteles) insotita de aparitia tensiunilor mecanice locale si, uneori, chiar de fisurarea ei.
2. Masurarea stabilitatii hidrolitice a sticlei
Pentru masurarea stabilitatii hidrolitice a sticlei metodele standardizate folosesc doua proceduri: pornesc fie de la probe de sticla masive cu forma regulata carora li se poate calcula usor suprafata, fie de la pulbere de sticla (metoda grisului). In ambele variante proba de sticla este pusa in contact cu apa in conditii bine precizate (in ceea ce priveste timpul de contact, temperatura, cantitatea de sticla si de apa puse in contact). Dupa aceea, cantitatea de hidroxid alcalin formata in apa de ionii alcalini veniti din sticla este titrata cu HCl. In functie de aceasta cantitate sticlele sunt impartite in clase de stabilitate chimica.
Aceasta metoda prezinta doar cantitatea de hidroxid alcalin formata la un moment dat, dar nu aduce nici o informatie referitoare la evolutia in timp a atacului chimic al apei asupra sticlei {cinetica procesului). Pentru compozitiile de sticla care au acelasi tip de cinetica, metoda este suficienta. Dar pentru o compozitie noua, mai putin sau deloc utilizata, studiul cineticii procesului de atacare a sticlei de catre apa este foarte necesar. Un astfel de studiu poate fi realizat prin metoda conductometrica .
Metoda conductometrica Prin aceasta metoda se masoara variatia conductantei electrice a unei suspensii de pulbere de sticla in apa in functie de timp pastrand constante de la o determinare la alta temperatura, cantitatea de pulbere de sticla luata in lucru si suprafata ei specifica , precum si cantitatea de apa din suspensie (deci concentratia suspensiei). Metoda are avantajul ca masoara cinetica procesului de atacare a sticlei de catre apa, scotand in evidenta daca acest proces se opreste in timp (proces de stabilizare) sau evolueaza continuu, fara oprire (proces de corodare).
a) Obtinerea probei de sticla. Sticla de analizat se mojareaza
intr-un mojar de portelan, apoi este trecuta prin doua site avand dimensiunile
ochiurilor diferite. Se va alege
fractiunea cuprinsa intre cele doua site. Cu cat dimensiunile ochiurilor sitei
sunt mai apropiate
intre ele, cu atat fractiunea granulometrica dintre cele doua site va fi mai
putin polidispersa si
dimensiunea medie a fractiunii (respectiv suprafata ei specifica) va fi mai
constanta de la o
proba de sticla la alta. Se va cantari din aceasta fractiune 1 g la balanta analitica.
Procedura se
repeta pentru toate sticlele de analizat, acordand mare atentie curatarii
tuturor ustensilelor de
laborator (mojar, site) de resturile sticlei precedente.
b) Aparatura utilizata pentru lucru. Elementele principale sunt:
- celula de masura alcatuita din vasul termostatat 1 cu peretii dubli realizat din sticla chimic rezistenta, in care se introduce suspensia de pulbere de sticla in apa si electrodul de platina 2 cu care se masoara conductanta suspensiei; in celula se afla si termometrul 5 cu precizie mare de citire a temperaturii (diviziuni de 0,2 °C).
Figura l. Aparatura pentru masurarea
stabilitatii hidrolitice a sticlei
Vas de sticla termostat cu pereti dubli
Electrod de platina
Agitator magnetic
Dispozitivul de antrenare a agitatorului
Termometru cu diviziuni de 0,2 °C
Termostat
Conductometru
Inregistrator
termostatul
5 care este legat la
celula de masura pentru mentinerea temperaturii
constante,
conductometrul 7 etalonat in mS si mS (mili- si micro-Siemens).
inregistratorul grafic 8.
c) Pregatirea aparatului pentru lucru.
Pregatirea aparatului si efectuarea determinarilor vor fi facute sub supravegherea cadrului didactic.
inaintea inceperii lucrarii propriu-zise se porneste termostatul pentru aducerea celulei de masura la temperatura constanta.
Se spala electrodul de platina, vasul de sticla si agitatorul magnetic cu apa distilata si, daca este posibil, cu apa deionizata.
Se introduce in vasul de sticla o cantitate de 50ml de apa distilata (sau deionizata), apoi se introduce agitatorul magnetic , se aseaza electrodul de platina si se porneste agitarea.
Se porneste conductometrul, actionand intrerupatorul principal pentru intrarea aparatului in regim de lucru.
In timpul intrarii aparatului in regim termic se vor pregati probele de sticla pentru lucru, conform pct. a.
d) Verificarea calibrarii aparatului
Dupa cel putin 5 - 10 minute de la pornire se va face verificarea calibrarii conductometrului. Pentru aceasta comutatorul scarilor de masura - RANGE - va fi trecut in pozitia 500 mS. Se va apasa pe butonul - CALIBRATION - din dreapta cadranului aparatului. Daca acul indicator al aparatului va ajunge pana in capatul scalei, atunci aparatul este calibrat. In caz contrar el va fi adus in aceasta pozitie cu ajutorul potentiometrului - CALIBRATION -, mentinand butonul apasat.
e) Efectuarea determinarilor
Dupa verificarea calibrarii se masoara conductanta apei care nu trebuie sa depaseasca 5-6 mS. Daca va fi mai mica, atunci este si mai bine. Daca este mai mare se repeta operatiile de spalare si de inlocuire a apei din celula de masura de la pct. c . Daca si in acest caz conductanta apei este mai mare de 5 - 6 mS , se va inlocui apa distilata cu alta proaspat facuta.
Se va pune in functiune inregistratorul grafic pentru inregistrarea conductantei.
Se va verifica daca a fost atinsa temperatura constanta in celula de masura (de obicei se lucreaza la 25°C, dar se poate masura stabilitatea hidrolitica si la alte temperaturi, in limitele de lucru ale termostatului). Cu aceasta aparatul este pregatit pentru lucru .
Se va masura variatia conductantei suspensiei de sticla in functie de timp la temperatura constanta . Pentru aceasta se scoate electrodul de platina din celula si se aseaza pentru cateva momente in locasul din partea de sus a aparatului. Se va introduce cantitatea de 1 g de pulbere de sticla din prima proba in celula, pornind cronometrul si inregistrarea grafica.
Se vor face citiri ale conductantei din minut in minut, incepand cu timpul zero (conductanta apei distilate dinainte de introducerea probei de sticla), pana in minutul 5, apoi din 5 in 5 minute. De fiecare data ele vor fi marcate grafic pe hartia inregistratorului in dreptul varfului dispozitivului de scris (rotring, carioca, etc).
Daca la un moment dat acul indicator al conductometrului va ajunge la limita din dreapta a scalei, atunci domeniul de masura (RANGE) va fi marit, rotind cursorul in pozitia imediat urmatoare (de exemplu va fi trecut din pozitia 15 mS in pozitia 50 mS citirile facandu-se de acum inainte pe scala 50 mS
f) Oprirea determinarilor
Determinarile vor fi oprite cand conductanta suspensiei de sticla in apa va ramane constanta sau dupa un anumit timp (stabilit de cadrul didactic).
Dupa ultima determinare celula de masura si elementele ei vor fi spalate conform pct. c si vor fi montate la loc, dar fara agitatorul magnetic, iar in vasul de sticla va fi turnata o cantitate de 50 - 60 ml de apa distilata (electrodul de platina se pastreaza numai in apa).
|
