viber
whatsapp
Что такое поверхность стекла?
Оглавление
Если говорить о поверхности стекла в общем, то оно представляет собой границу между твердым стеклом и какой-либо окружающей средой, например водой или воздухом. Но если конкретизировать, обнаруживается, что на самом деле этой резкой границы нет, а на самом деле есть различные зоны перехода от самого стекла до окружающей среды.
Структура силикатного стекла
Несмотря на то, что стекло может иметь самый разнообразный состав, наиболее распространенным считается силикатное стекло. В основе своей оно состоит из молекулярной сетки диоксида кремния, в которой чередуются кремний и кислород. Одновременно с тем, как кислород формирует химические связи с атомами кислорода, которые его окружают, каждая из молекул кремния располагает четырьмя связями с атомами кислорода.
Получающаяся в следствии этого структура представляет собой сложную по своему строению макромолекулу с многочисленными ответвлениями, элементы которой соединены друг с другом в кольцо.
На рисунке представлена двухмерная, упрощенная модель этой сетки; в действительно разветвления идут в трех плоскостях, по структуре напоминая губку, в ячейках которой находятся ионы кальция и натрия. Ионы металла, имеющие положительный электрический заряд, компенсируются ионами кислорода, заряженными в свою очередь отрицательно.
Но если взглянуть на часть внутренней структуры стекла, находящейся ближе к поверхности, то мы сможем различить некоторое количество воды внутри стеклянной матрицы. Такое происходит из-за того, что, как и любой неорганический материал, стекло вбирает воду из атмосферы. Адсорбция воды происходит чаще всего из-за ее электрической полярности.
В условиях комнатной температуры и при обычной влажности на поверхности стекла находится водная пленка из нескольких молекулярных слоев. Толщина водной пленки зависит от влажности воздуха и температуры, а для ее удаления необходимо нагреть стекло до 200 °C.
Коррозия стекла
Адсорбция воды — это достаточно быстрый процесс: уже через несколько часов после изготовления стекла или его остывания водная пленка снова появляется на стекле, так что можно сказать, что она существует на любой поверхности стекла.
Адсорбирующаяся сначала на поверхности, в дальнейшем вода способна перейти с поверхности в саму структуру стекла. Оказавшись там, она начинает реагировать с ионами натрия, формируя гидроксид натрия. Возникающие в следствие этой реакции продукты имеют возможность разорвать существующие химические связи между кислородом и кремнием. Этот разрыв приведет к разрушению стеклянной сетки или так называемой коррозии стекла, когда разрушенные компоненты поверхности могут быть смыты водой.
Такой процесс противоречит здравому смыслу, ведь мы привыкли воспринимать стекло как не растворяемый в воде, химически стойкий материал. Однако, коррозия стекла — это весьма длительный процесс, и перед тем, как станет заметен урон, пройдет достаточно много времени. Кроме того, коррозия может быть незаметной глазу, и хотя поверхность будет разрушена, визуально это не будет заметно.
Предотвращение порчи стекла
Скорость, с которой происходит коррозия, напрямую зависит от состава стекла. Чтобы предотвратить коррозию, можно применять различные виды стекла, устойчивые к этому процессу, например такие, какие применяют в фармацевтике. Кроме того, на коррозию влияет также окружающая среда – она может замедлять, а может ускорять процесс.
Один из основных факторов, который влияет на уровень коррозии – это промежуток времени с момента изготовления стеклянного изделия до печати.
Но на поверхности стекла происходят не только коррозийные процессы. В атмосфере существуют и другие компоненты, имеющие возможность оседать на поверхности стекла – чаще всего это крупные молекулы или частицы, адсорбаты, влияющие на смачивающее свойство поверхности стекла.
Предлагаем также ознакомиться с планшетными широкоформатными UV принтерами, предназначенными для печати на ткани, стекле, дереве и других материалах.