Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений - Горшков В.С.
ISBN 5-06-001389-8
Скачать (прямая ссылка):
Следует отметить, что этот способ может быть использован лишь тогда, когда в состав расплава входят определенные оксиды, не относящиеся к числу поверхностно-активных.
Согласно А. А. Аппену, все оксиды по их влиянию на поверхностное натяжение силикатных расплавов можно разделить на три группы: поверхностно-неактивные, промежуточного характера и поверхностно-активные. В простой, приблизительно аддитивной зависимости от состава находится поверхностное натяжение расплавов,
115
образованных из оксидов I группы. В этом случае величина оч может быть вычислена по формуле (3) с точностью ±2%- Необходимые для расчета данные можно использовать из справочной литературы.
Разделение компонентов на группы теоретически обосновано следующими соображениями. К первой группе относятся оксиды, не образующие дискретных комплексных анионов, но отличающиеся сравнительно высокой энергией связи Ме—О в координационных полиэдрах (МеО„).
К третьей группе принадлежат оксиды, образующие разобщенные, дискретные комплексные анионы (МеОл)*-, внутри которых связи Ме—О наиболее сильны. Такие анионы, к числу которых принадлежат, например, Cr042-, Mn042-, W042~, S042_, V042-, сами по себе являются прочными структурными образованиями, взаимодействие же их друг с другом незначительно.
К оксидам второй группы относятся оксиды двоякой природы: во-первых, это оксиды с наиболее низкой энергией связи (КгО, РЬгО, СэгО). Во-вторых, это оксиды, образующие в силикатном расплаве комплексные дискретные анионы (St>04)3_, (ВЮ4)3_, (В04)5- меньшей прочности, чем анионы, отнесенные к III группе.
Если расплавы содержат оксиды II и III групп, то простой расчет неосуществим. Эти оксиды, в особенности оксиды III группы, имея в жидком состоянии более низкую поверхностную энергию, стремятся сконцентрироваться на поверхности, образуя на ней устойчивый слой, отличный по составу от состава в объеме расплава, что приводит к резкому снижению поверхностного натяжения. Такие оксиды называют поверхностно-активными.
Температурный фактор весьма сильно сказывается на поверхностном натяжении, причем связь здесь однозначна: по мере повышения температуры поверхностное натяжение уменьшается, так как энергия межмолекулярного взаимодействия становится слабее. Следует, однако, иметь в виду, что поверхностное натяжение силикатных расплавов с ростом температуры уменьшается довольно мало, что подчеркивает особый характер их природы. По сравнению с другими жидкостями для расплавов силикатов температурный коэффициент поверхностного натяжения составляет всего лишь (2... 6) • Ю-5 Н/м-град, откуда следует, что повышение температуры примерно на 100°С приводит к понижению поверхностного натяжения силикатных расплавов примерно на 1%.
Поверхностное натяжение и связанная с ним смачивающая способно.сть играют большую роль в технологии производства силикатных и родственных им тугоплавких неметаллических материалов.
Это свойство расплавов отражается на процессах варки и выработки стекла. Так, при варке стекла поверхностное натяжение определяет удаление пузырей из стекломассы — процесс осветления. При образовании пузырей в стекломассе скорость их роста, подъемная сила пузыря и скорость удаления из стекломассы в зна-
116
чительной степени зависят от значения поверхностного натяжения стекломассы на границе с газовой средой пузыря. Малое значение поверхностного натяжения стекла благоприятствует увеличению размера пузырей, а следовательно, их подъему и выходу из стекломассы, большое значение, наоборот, способствует их уменьшению.
Аналогичным образом при образовании в стекломассе неодно-родностей, состав которых отличается от основного состава стекломассы, форма образующейся неоднородности будет зависеть от значения поверхностного натяжения на границе основной стекломассы и неоднородности. Если поверхностное натяжение неоднородности, например свили, больше поверхностного натяжения основной массы стекла, то свиль свертывается в клубок и это затрудняет ее растворение. Наоборот, если поверхностное натяжение основного стекла больше поверхностного натяжения стекла свили, то свиль растворяется в стекле, которое быстро становится однородным.
Силы поверхностного натяжения существенно влияют на процесс изготовления изделий из стекла.
При производстве листового стекла флоат-методом подготовленная к выработке стекломасса сливается на расплавленное олово. Под действием сил гидростатического напора, межфазного поверхностного натяжения и продольной силы вытягивания стекломасса растекается до равновесной толщины с образованием плоскопараллельного жидкопластичного слоя. При этом обеспечивается получение плоскопараллельной ленты стекла с огненнополирован-ной высококачественной поверхностью. При формовании стекла этим методом силы межфазного поверхностного натяжения являются одним из главных действующих факторов.
Можно было бы привести еще ряд примеров из области выработки стекла, где очень многое зависит от поверхностного натяжения (вытягивание ленты стекла при помощи лодочки, формование стекловолокна, огневая полировка и др.).
