玻璃熔制的化學(xué)反應(yīng)

新聞發(fā)布時(shí)間：2015-8-14新聞瀏覽次數(shù)：2981新聞作者：錦泰特種玻璃

玻璃熔制過程中的氧化還原反應(yīng)主要是指變價(jià)元素的氧化還原反應(yīng)。變價(jià)元素的氧化還原反應(yīng)，第一，可產(chǎn)生玻璃的熔制過程中，常見之熔制顏色玻璃，變更價(jià)數(shù)常引起顏色的變化；助溶劑、澄清劑、晶核劑中的變價(jià)元素在熔體玻璃中的氧化程度與下述因素有關(guān)：配合料中氧化劑的種類和數(shù)量、爐氣的性質(zhì)、溫度制得、玻璃成分等。第二，可產(chǎn)生于固體玻璃中，在一定的意義上它與改變價(jià)元素在熔制過程中進(jìn)行怎樣的氧化還原過程有關(guān)。在固體玻璃中的氧化還原反應(yīng)常見于耐高溫玻璃的制造中，它往往與下述因素有關(guān)：熱處理制得、氣氛性質(zhì)、光量子能量、輻射線能量、玻璃成分等。
在玻璃熔制過程中，以下變價(jià)元素Cu、Ag、Mn、Fe、U、Ce、Sn、V、As、Sb、Se、Cr易由一種價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)為另一價(jià)態(tài)，而且子同一玻璃中同一變價(jià)元素往往存在不同的氧化程度。而另一些變價(jià)元素如Co、Ni、Ti、Tl、Au、Bi、Mo、W往往是在特定條件下才改變價(jià)態(tài)（Co與Ni在玻璃中的價(jià)態(tài)不變）。
當(dāng)玻璃中存在一種低價(jià)的變價(jià)氧化物時(shí)，它與熔體中的氧相互作用而轉(zhuǎn)為高價(jià)氧化物。任何元素的氧化過程和還原過程的一般化學(xué)式為：
Men+△n/4O2 Me（n+△n）+△n/2O2-
當(dāng)玻璃中同時(shí)存在兩種變價(jià)氧化物時(shí)，它們將如氧化劑與還原劑那樣彼此相互作用。若根據(jù)高價(jià)氧化物的氧化能力的大小來排列，則部分變價(jià)元素有如下順序：
CrO3＞Mn2O3＞CeO2＞V2O5＞CuO＞As2O5＞Sb2O5＞Fe2O3＞SnO2
處于前面的每個(gè)氧化物氧化后面呈低價(jià)態(tài)的氧化物，因而除SnO2外，所有上述氧化物都能把FeO氧化成Fe2O3。若根據(jù)低價(jià)氧化物的還原能力的大小來排列，則它們順序與上述相反。
SnO2＞FeO＞Sb2O2＞As2O3＞Cu2O＞V2O3＞CeO2＞MnO＞Cr2O3
即上述每個(gè)氧化物都能把后一個(gè)呈高價(jià)態(tài)的氧化物還原成低價(jià)態(tài)的氧化物。
從上述可以看出，CrO3是最強(qiáng)的氧化劑，而SnO2是最強(qiáng)的還原劑。實(shí)際上，上述的排列并不是絕對(duì)的，當(dāng)玻璃成分與熔化溫度有明顯變化時(shí)，它們間的位置就可能改變。
變價(jià)元素在固體玻璃中的氧化還原反應(yīng)在制造特種玻璃產(chǎn)品中時(shí)有重要的作用。
例如，可用來制造半導(dǎo)體玻璃、光色玻璃、感光玻璃、計(jì)量玻璃等。正如前述，只有當(dāng)某些變價(jià)元素在熔制過程進(jìn)行后保存某中價(jià)態(tài)才能獲得這種具有特殊性能的玻璃。例如，在熔制后的玻璃中存在Mn2+時(shí)，當(dāng)把這種玻璃在600℃空氣中加入4h后，將發(fā)生如下反應(yīng)：
2Mn2++1/2O2=2Mn3++O2-
此時(shí)，玻璃就具有半導(dǎo)體性質(zhì)，因?yàn)樵诓ＡП韺又虚g同時(shí)存在Mn3+和Mn2+,它能產(chǎn)生P-型電子電導(dǎo)。
在鉍-硼-鉛-硅系統(tǒng)中，若組合使用As2O3能制成強(qiáng)腐蝕劑量玻璃，在強(qiáng)輻射劑量【2.58×（10～1015）C/kg】作用下發(fā)生如下反應(yīng)。
2Bi3++3As3++hv=3As5++Bi+E
式中hv——光量子能；
E——剩余能，以熱和光的形式釋放。
因此，玻璃熔制過程中的氧化還原反應(yīng)不僅改變玻璃液的性質(zhì)，而且也影響固體玻璃的性質(zhì)。

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