玻璃熔制的化學反應

新聞發布時間：2015-8-14新聞瀏覽次數：3042新聞作者：錦泰特種玻璃

玻璃熔制過程中的氧化還原反應主要是指變價元素的氧化還原反應。變價元素的氧化還原反應，第一，可產生玻璃的熔制過程中，常見之熔制顏色玻璃，變更價數常引起顏色的變化；助溶劑、澄清劑、晶核劑中的變價元素在熔體玻璃中的氧化程度與下述因素有關：配合料中氧化劑的種類和數量、爐氣的性質、溫度制得、玻璃成分等。第二，可產生于固體玻璃中，在一定的意義上它與改變價元素在熔制過程中進行怎樣的氧化還原過程有關。在固體玻璃中的氧化還原反應常見于耐高溫玻璃的制造中，它往往與下述因素有關：熱處理制得、氣氛性質、光量子能量、輻射線能量、玻璃成分等。
在玻璃熔制過程中，以下變價元素Cu、Ag、Mn、Fe、U、Ce、Sn、V、As、Sb、Se、Cr易由一種價態轉為另一價態，而且子同一玻璃中同一變價元素往往存在不同的氧化程度。而另一些變價元素如Co、Ni、Ti、Tl、Au、Bi、Mo、W往往是在特定條件下才改變價態（Co與Ni在玻璃中的價態不變）。
當玻璃中存在一種低價的變價氧化物時，它與熔體中的氧相互作用而轉為高價氧化物。任何元素的氧化過程和還原過程的一般化學式為：
Men+△n/4O2 Me（n+△n）+△n/2O2-
當玻璃中同時存在兩種變價氧化物時，它們將如氧化劑與還原劑那樣彼此相互作用。若根據高價氧化物的氧化能力的大小來排列，則部分變價元素有如下順序：
CrO3＞Mn2O3＞CeO2＞V2O5＞CuO＞As2O5＞Sb2O5＞Fe2O3＞SnO2
處于前面的每個氧化物氧化后面呈低價態的氧化物，因而除SnO2外，所有上述氧化物都能把FeO氧化成Fe2O3。若根據低價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
即上述每個氧化物都能把后一個呈高價態的氧化物還原成低價態的氧化物。
從上述可以看出，CrO3是最強的氧化劑，而SnO2是最強的還原劑。實際上，上述的排列并不是絕對的，當玻璃成分與熔化溫度有明顯變化時，它們間的位置就可能改變。
變價元素在固體玻璃中的氧化還原反應在制造特種玻璃產品中時有重要的作用。
例如，可用來制造半導體玻璃、光色玻璃、感光玻璃、計量玻璃等。正如前述，只有當某些變價元素在熔制過程進行后保存某中價態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，當把這種玻璃在600℃空氣中加入4h后，將發生如下反應：
2Mn2++1/2O2=2Mn3++O2-
此時，玻璃就具有半導體性質，因為在玻璃表層中間同時存在Mn3+和Mn2+,它能產生P-型電子電導。
在鉍-硼-鉛-硅系統中，若組合使用As2O3能制成強腐蝕劑量玻璃，在強輻射劑量【2.58×（10～1015）C/kg】作用下發生如下反應。
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不僅改變玻璃液的性質，而且也影響固體玻璃的性質。

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