Взаимодействие натриевоалюмосиликатных электродных стекол с ионами серебра и водорода в водных растворах : Изучение методами ИК спектроскопии и HF секционирования

• Автор: Балашова, Светлана Юрьевна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 114 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Взаимодействие стекла и водного раствора.

1.1.1. Основные представления и методы, используемые для

изучения этого взаимодействия

1.1.2. Вода в поверхностном слое стекла

1.1.3. Диффузионные процессы в поверхностных слоях стекла .

1.2. Взаимодействие стекла с ионами серебра.2

1.3. ИК спектроскопическое исследование стекол.

1.4. ИК спектроскопическое изучение поверхностных слоев

1.5. Общее заключение по обзору литературы. Объекты и
задачи исследования
2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА4
2.1. НРсекционирование и анализ растворов.
2.1.1. Краткое описание метода.
2.1.2. Приготовление растворов.
2.1.3. Постановка опытов.
2.1.4. Аналитические определения.
2.2. Методика регистрации ИК спектров
2.2.1. ИК спектры пропускания
2.2.2. Спектры внешнего отражения
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА и ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.
3.1. Экспериментальные результаты
3.1.1. Концентрационные профили, полученные после обработки
стекла растворами АдШ3 и НШ3 ,
3.1.2. Спектры поглощения , .
3.1.3. Спектры отражения
3.2. Обсуждение результатов
3.2.1. Концентрационные профили
3.2.2. Сопоставление ИК спектров и концентрационных профилей.
3.2.3. Расчет коэффициентов диффузии по данным концентрационного распределения ионов в поверхностных слоях
стекла 6.
ВЫВОДЫ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


В последнее время интерес к исследованию поверхностных слоев стекла и их модифицированию возрос в связи с развитием оптоволоконной техники и разработкой методов ионообменного упрочения изделий из стекла. Среди них химические реакции, взаимодиффузия ионов и диффузия молекул, адсорбция и ионный обмен, электроповерхностные явления и многое другое. Все это тесно связано с составом и структурой стекла. Особо следует упомянуть результаты многочисленных исследований школы академиков Б. П. Никольского и М. М. Шульца, посвященных изучению селективности и механизма действия стеклянного электрода. Было показано, что силикатная составляющая стекла отвечает за селективность электрода к иону водорода, а алюмосиликатная за селективность к ионам металла Ыа, К, Ад . Однако прямых экспериментальных подтверждений этого факта недостаточно. Целью данной работы являлось проследить за вхождением ионов металла в натриевоалюмосиликатные стекла и определить характеристики их подвижности. Для исследования процессов, приводящих к образованию поверхностного слоя стекла, используют широкий набор различных физикохимических методов 1. ИКспектроскопии. Данный метод позволяет восполнить отсутствие сведений о распределении структурных элементоз поверхностного слоя и построить адекватную концепцию механизма выщелачивания стекла при воздействии водного раствора. В работе были изучены поверхностные слои натриевоалюмосиликатных электродных стекол типа ЫаА1 и ЫаА1 методами ИКспектроскопии поглощения и отражения, НГсекционирования. Первый позволяет судить о взаимодействии катионов с силикатной или алюмосиликатной составляющей сетки стекла. Второй о подвижности катионов. Научная новизна. Модифицирован метод ИКспектроскопии поглощения, применяемый для исследования структуры стекла, что позволило использовать его для изучения поверхностных слоев стекла, расширить представления о процессах выщелачивания стекла и ионного обмена, происходящих в них. Выявлено, что при малом содержании алюминия в состазе стекла иили небольших сроках обработки, ионы серебра из водного раствора продвигаются в глубь стекла по алюмосиликатным группам, а с увеличением содержания алюминия иили времени обработки ион серебра также входит в состав стекла и по силикатным группам. Рассчитаны коэффициенты взаимодиффузии и оценены индивидуальные коэффициенты диффузии ионов для исследованных стекол. Получено экспериментальное подтверждение ранее выведенной формулы, связывающей
эффективный коэффициент взаимодиффузии и индивидуальные коэффициенты диффузии. Положения, выносимые на защиту. Экспериментальные данные, полученные методами ИКспектроскопии и НРсекционирозания, о составе поверхностных слоев натриевоалюмосиликатных электродных стекол, обработанных раствором нитрата серебра иили азотной кислоты. Заключения о сущности и механизме процессов, происходящих в поверхности стекла при контакте с водными растворами. Экспериментальные подтверждения метода оценки характеристик диффузионного процесса взаимодействия стекла с раствором. Если все четыре связи тетраэдра 5Ю4 прореагируют подобным образом, то в растворе окажется растворимый мономер кремневой кислоты Б1ОН4. Н Б10Н ОН
Этими реакциями можно описать растворение кремнекислородной сетки стекла. В ранних работах 38 о процессе взаимодействия стекла с зодными растворами судили чаще всего по количеству компонентов стекла, перешедших в раствор, на основании анализа которого делали предположения о свойствах оставшегося измененного поверхностного слоя стекла. Так, в работе И. В. Гребенщикова 3 было высказано предположение, что при взаимодействии многих щелочносиликатных стекол с водными растворами на их поверхности образуется защитная кремнеземистая пленка, отличающаяся по составу от исходного стекла. Дальнейшее развитие это положение получило в работах С. К. Дуброво и Ю. А. Шмидта 49, которые показали, что поверхностная кремнеземистая пленка образуется за счет выщелачивания, состоит главным образом из кремнекислоты и почти не содержит Ыа, а растворение кремнекислоты происходит только с поверхности пленки. Ме Н Зд. В результате в стекле появляются ОН группы, раствор теряет Н, т.