Laboratorní cvičení 5 1. Chemická odolnost Chemická odolnost skla

Silikáty, sklo a žáruvzdorné materiály 2006/07
Fakulta strojní, BSP
Laboratorní cvičení 5
1. Chemická odolnost
Chemická odolnost skla je schopnost skla odolávat chemickému působení prostředí, kterým může být:
• okolní atmosféra,
• voda nebo
• roztoky či taveniny nejrůznějšího chemického složení.
Stupeň chemické odolnosti skla a tím i jeho použitelnost za různých podmínek, jsou dány:
• chemickým složením skla,
• kvalitou nebo úpravou jeho povrchu a
• podmínkami, za nichž ke vzájemnému působení dochází.
Účinek vody
Voda může působit buď zvětrávání (působení atmosférické vlhkosti) nebo vyluhování (působení přebytku
vody). V obou případech dochází k uvolňování kationů z povrchu skla. Jsou to především ionty Na+, K+,
částečně i Ca++, Mg++ a další. Laboratorní stanovení se provádí nejčastěji vyluhováním drti skla vroucí vodou
a odměrným stanovením obsahu alkálií ve výluhu (tzv. drťová zkouška). Tou se v cvičení budeme zabývat.
Účinek kyselin
Účinek kyselin je obdobný působení vody. Zkouška se provádí vyluhováním vzorků skla ve vroucí
kyselině solné (chlorovodíkové) a přepočtením hmotnostního úbytku skla na jednotku plochy. Výjimkou je
kyselina fluorovodíková, která povrch skla intenzivně narušuje.
Účinek alkálií
Alkálie působí na povrch skla tím, že rozrušují jinak pevné vazby můstkových kyslíků Si-O-Si. Jejich
účinek je mnohonásobně intenzivnější než působení vody a kyselin. Zkouška se provádí zahříváním vzorků
skla ve směsi roztoků NaOH a Na2CO3 a přepočtením hmotnostního úbytku skla na jednotku plochy.
2. Stanovení odolnosti skla proti vodě – drťová zkouška
Princip metody:
Definovaným způsobem (při teplotě 98 °C po dobu jedné hodiny) se zahřívá drť ze zkoušeného skla. Drť
se používá proto, aby zkoušený vzorek měl co největší povrch. Při zahřívání se z povrchu skla vyluhují oxidy
některých složek skla. Především to je Na2O, K2O, CaO, MgO. Tyto oxidy se rozpouští vytváří roztoky
hydroxidů. (Např. Na2O+H2O=2NaOH) K tomu aby bylo možno kvantitativně určit třídu odolnosti skla, je třeba
provést kvantitativní stanovení. Tyto roztoky mají alkalickou reakci, která se dá kvalitativně zjistit přidáním
vhodného indikátoru a jeho zabarvením.
Princip měření je založen na neutralizaci. K roztoku hydroxidů (louhů) se přidává vhodná kyselina známé
koncentrace. V našem případě se používá kyseliny chlorovodíkové (HCl) o koncentraci 0,01 n HCl. Přídavek
se provádí do neutralizace.
Při neutralizaci probíhají chemické reakce jako například: HCl+NaOH=NaCl+H2O. Podobně reagují i
ostatní hydroxidy. Při neutralizaci se využívá poznatku, že použitý indikátor vykazuje v bodě neutralizace
barevný přechod. V našem případě methylčerveň, má v alkalickém prostředí žluté zabarvení, v kyselém
prostředí má barvu červenou a v neutrálním prostředí žlutě cibulovou barvu. Měření tedy provádíme tak, že
přidáváme do roztoku hydroxidů postupně kyselinu chlorovodíkovou a porovnáváme při tom porovnání
s barevným etalonem. Při dosažení požadovaného zabarvení je roztok neutrální a přestaneme tedy
s přidáváním HCl. Ze spotřeby kyseliny známé koncentrace lze pak určit množství alkálií ve výluhu.
Aby nebylo nutné provádět přepočty, je zkouška normována a zkoušené sklo se zařadí do příslušné třídy
odolnosti vůči vodě podle spotřeby kyseliny chlorovodíkové na dosažení bodu ekvivalence (neutrálního
roztoku). Spotřeba se udává v ml a čím vyšší třída tím nižší kvalita skla.
Příprava drti
Skleněný výrobek se důkladně omyje destilovanou vodou, osuší a rozbije na kousky velikosti 10 až 30
mm. Přitom je nutné použít ochranné brýle! Kousky skla se dále drtí v ocelovém hmoždíři a získaná drť se
prosívá na sítech 1,0; 0,5 a 0,315 mm. Pro zkoušku se vytřídí podíl 0,315-0,5 mm, tj. zbytek na sítě 0,315
mm. Hrubé podíly ze sít 1,0 a 0,5 mm se vrací zpět k drcení. Způsob drcení a prosévání vzorku ovlivňuje
kvalitu drtě, zejména množství prachového podílu a tím i výsledky zkoušky. Předepisuje se drtit vždy jen
jedním úderem kladiva (hmotnost 1 kg) na razník hmoždíře a hned drť prosévat. Podíl získaný na sítě 0,315
mm se na závěr ještě důkladně prosévá po dobu asi 5 min. Drť se pak vysype na papír s hladkým povrchem
a magnetem se zbaví drobných částic železa. Celkem se připraví asi 8 g drtě.
1
Silikáty, sklo a žáruvzdorné materiály 2006/07
Fakulta strojní, BSP
Chemikálie a pomocné látky:
• Destilovaná voda – čerstvě převařená
• Kyselina chlorovodíková – odměrný roztok o koncentraci 0,01 n HCl s platným faktorem.
• Indikátor methylčerveň.
Pracovní postup
Do odměrné baňky 50 ml se naváží 2 g drtě a provede se dekantace destilovanou vodou až je voda nad
drtí čirá. Baňka se doplní po značku destilovanou vodou a drť se poklepem stejnoměrně rozvrství na dně.
Zároveň se naplní destilovanou vodou další baňka pro slepé stanovení (na výluh použitého nádobí a
destilovanou vodu). Obě baňky se opatrně vloží bez zátek do vodní lázně vyhřáté na 98 °C tak, aby byly
ponořeny až po značku a nepohybovaly se. Zahřívají se ve vodní lázni po dobu 60 min. Teplota vodní lázně
se během zkoušky udržuje s přesností ± 0,5 °C. Výška vodní hladiny musí být taková, aby baňky byly po
celou dobu ponořeny až po rysku. Po stanovené době se baňky vyjmou a ochladí se na teplotu 20 ± 2 °C a
doplní se destilovanou vodou po značku. Obsah baněk se dobře promíchá a po usazení drtě se odpipetuje 25
ml výluhu do titrační baňky 100 ml. Přidají se 2 kapky roztoku methylčerveně a výluh se titruje odměrným
roztokem HCl do přechodu zabarvení indikátoru ze žlutého na červenooranžové. Konec titrace se určí
porovnáním s barevným odstínem 25 ml tlumivého roztoku o pH 5,5 se stejným počtem kapek methylčerveně
jako u výluhu. Stejným postupem se titruje i slepé stanovení.
Vyhodnocení výsledků
Od spotřeby odměrného roztoku kyseliny chlorovodíkové spotřebované na titraci výluhu drtě se odečte
spotřeba na slepé stanovení. Odolnost skla proti vodě se pak vyjádří spotřebou odměrného roztoku kyseliny
chlorovodíkové v ml (cm3) na 1 g vzorku. Podle zjištění spotřeby se sklo zařadí do příslušné třídy odolnosti
(viz tabulka).
Třída odolnosti proti
vodě při 98 °C
I
II
III
IV
V
Průměrná spotřeba odměrného roztoku kyseliny
chlorovodíkové C(HC1)=0,01mol v cm3 na 1 g drtě
max do 0,10
nad 0, 10 do 0,20
nad 0,20 do 0,85
nad 0,85 do 2,00
nad 2,00 do 3,50
2