Hoa silicat: Chương 2 (Phần I)

Vì thế đối với chất lỏng nóng chảy silicat có dấu hiệu về cấu trúc rất giống vật chất silicat tinh thể khi chọn làm nguyên liệu ban đầu để chế tạo hợp chất nóng chảy silicat: đặc tính tr

CHƯƠNG 2

SILICAT TRONG TRẠNG THÁI LỎNG

2.1 TRẠNG THÁI LỎNG CỦA VẬT CHẤT VÀ NHỮNG GIẢ

THUYẾT CẤU TRÚC CHẤT LỎNG

Trạng thái lỏng của vật chất là trạng thái trung gian của chất khí và chất rắn Có tỷ trọng cao, độ nén nhỏ và có lực tác dụng liên kết phân tử khá mạnh nên chất lỏng rất giống vật chất rắn Tính đẳng hướng và tính linh động làm cho vật chất lỏng rất giống chất khí

Theo giả thuyết hiện đại thỉ chất lỏng có cấu trúc sắp xếp trật tự của phân tử mà trong chất lỏng tồn tại kiểu chuyển động nhiệt rất giống chuyển động nhiệt trong vật chất tinh thể Phương pháp nghiên cứu nhiễu xạ Rơnghen nhận thấy trong chất lỏng có mặt những phân tử được sắp xếp, phân bố có trật tự

Từ trước đến nay khi phân tích cấu trúc chất lỏng thường nói đến ba giả thuyết 1- Giả thuyết về chất lỏng của Bacman Becman nghiên cứu cấu trúc chất lỏng và kết luận chất lỏng có cấu trúc của tinh thể, khi nấu nóng chảy tinh thể thành chất lỏng Tuy nhiên chất lỏng có cấu trúc không bị biến dạng mà chỉ sai khác không đáng kể về hình học của loại tinh thể của ta điều chế ra chất lỏng

2- Giả thuyết về chất lỏng của Stoarơta Stoarơta kết luận cấu trúc của chất lỏng gồm có những phân tử sắp xếp trật tự tương tự như những vi tinh thể và hoàn toàn không giống tinh thể vật chất ban đầu dùng điều chế ra chất lỏng Những phân tử của chất lỏng có tính chất định hướng cho loại chất lòng đã cho

3- Giả thuyết chất lỏng của Phơrenken Phơrenken kết luận chất lỏng tạo nên không phải từ những phân tử thô mà là sự tập hợp của những ion, cấu trúc chất lỏng luôn luôn thay đổi bởi những vết nứt giả định kiểu bọt khí, lỗ xốp rỗng kín và nó có kích thước tương tự kích thước nguyên tử

2.2 TÍNH ĐẶC BIỆT CỦA CẤU TRÚC CHẤT LỎNG SILICAT

Khi nghiên cứu những vấn đề cấu trúc của chất nóng chảy silicat người ta coi nhiệt độ của chất nóng chảy ảnh hường rất mạnh đến cấu trúc của chúng

Nung nóng hợp chất (hỗn hợp) silicat ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ nóng chảy rất nhiều sẽ cho ta chất lỏng giống như chất lỏng thật Ngược lại nếu ta nung đến nhiệt độ cao hơn nhiệt độ nóng chảy một chút như tất cả các quá trình kỹ thuật vật liệu silicat chỉ nung nóng chảy hỗn hợp silicat ở nhiệt độ cao hơn nhiệt nóng chảy tối đa 200-2500C ta sẽ thu được chất lỏng nóng chảy còn bảo toàn đưọc tính chất vật chất rắn lúc ban đầu Vấn đề trên đã được chứng minh bằng những công trình nghiên cứu đi đến kết luận cơ bản sau:

1- Khi nung nóng chảy vật chất rắn thì thể tích của vật chất rắn thay đổi không lớn lắm ~ 10% điều đó có liên quan đến khả năng tăng khoảng cách giữa các hạt vật chất trung bình là 3,3% Do đó sự sắp xếp cũng như lực tác dụng giữa các hạt

vật chất trong chất lỏng nóng chảy không khác với tính chất của những hạt trong tinh thể là bao nhiêu

2- Ẩn nhiệt nóng chảy và sự thay đổi entropy khi nấu nóng chảy vật chất rắn thấp hơn rất nhiều khi cho bốc hơi chất lỏng tương ứng Điều đó cũng được chứng minh khi nóng chảy những lực tác dụng giữa các hạt với nhau không thay đổi nhiều và mức độ sắp xếp vô trật tự của các hạt cũng không tăng lên bao nhiêu

3- Đặc tính chuyển động nhiệt của các hạt trong chất lỏng tương tự tính chất chuyển động nhiệt của các hạt trong vật chất rắn Điều đó đã được chứng minh sáng tỏ ở chỗ thay đổi tỷ nhiệt của vật chất ở điểm gần thời gian nóng chảy rõ ràng vật chất lỏng và vật chất rắn có tỷ nhiệt không khác nhau bao nhiêu

4- Vật chất tinh thể có tính đàn hồi xác định còn vật chất lỏng có tính linh động (độ nhạy) nhất định Điều đó chỉ cho ta sự thay đổi về lượng chứ không chỉ sự thay đổi về chất của những tính chất cơ đối với vật liệu khi nung nóng chảy

5- Khi nung nóng thủy tinh ta quan sát sự chuyển hóa liên tục từ tính chất vật chất rắn kiểu mẫu sang tính chất của chất lỏng linh động

6- Phân tích bằng nhiễu xạ Rơnghen những chất lỏng ở nhiệt độ xấp xỉ nhiệt độ kết tinh chứng tỏ là trong chất lỏng có những thành phần được tạo nên cấu trúc mạng với mức độ sắp xếp có trật tự hơn Vì thế đối với chất lỏng nóng chảy silicat có dấu hiệu về cấu trúc rất giống vật chất silicat tinh thể khi chọn làm nguyên liệu ban đầu để chế tạo hợp chất nóng chảy silicat: đặc tính trên rất đúng nếu ta xét ở thời điểm giảm nhiệt độ rất gần nhiệt độ nóng chảy vật chất rắn hay nhiệt độ bắt đầu kết tinh vật chất lỏng nóng chảy

Kết luận lại ta đã biết silicat ở trạng thái tinh thể có cấu trúc mạng lưới ion, chất nóng chảy silicat cũng phải có cấu trúc mạng kiểu ion Lý thuyết ion của hỗn hợp lỏng nóng chảy silicat được chứng minh bằng độ dẫn điện, hiện tượng mao dẫn điện , đại lượng sức căng bề mặt lớn hơn sức căng bề mặt của chất lỏng giọt Chất lỏng cấu trúc phân tử

Hiện nay có nhiều dẫn chứng về tính chất đặc biệt của cấu trúc hỗn hợp nóng chảy dạng oxit, nhựng dẫn chứng đó không có gì mâu thuẫn với lý thuyết ion nhưng có dạng khác nhau đặc biệt về thành phần cất tạo nên cấu trúc hỗn hợp nóng chảy Một cách gần đúng ta coi hỗn hợp nóng chảy như chất lỏng- chất điện ly gồm có những ion nguyên tử Ca2x+, Mg2x+, Si4x+, O2x-… trong đó x < 1 và tạo nên bởi liên kết cộng hóa trị Mức độ liên kết cộng hóa trị trong hỗn hợp nóng chảy lón hơn trong vật chất tinh thể Trường hợp đó liên kết giữa anion O2- và cation Li+, Na+, K+,

Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+, Fe2+ và Mn2+ có đặc tính chủ yếu là liên kết ion, còn liên kết

O2- với Si4+, Al3+, P3+ là liên kết cộng hóa trị và (lưỡng cực dị thể) phân cực dị thể chỉ khác nhau và kiểu liên kết ở mức độ giới hạn riêng Khi tăng độ tích điện âm của nguyên tố cấu trúc và tăng tính liên kết cộng hóa trị mối liên kết O2- thì phần liên kết ion x sẽ bị giảm đi (xem bảng 10)

Phần liên kết ion (theo Exin) của những oxit nóng chảy có điện tích âm hoá học tinh thể

Bảng 10

Oxit Số phối trí Phần liên kết

ion x

Tích điện âm hoá học tinh thể cation Kmol

Tồng năng lượng tạo nên

1 mol oxit từ ion Kcal

Na2O

CaO

MgO

FeO

MnO

Al2O3

SiO2

B2O3

6

6

6

6

6

4

4

3

0,82 0,80 0,73 0,72 0,72 0,63 0,50 0,44

15,6 18,6 19,7 19,9 19,8 23,0 26,6 24,4

344

574

564

564

542

1680

952

1020

Mạng tạo nên cation có mức độ liên kết cộng hóa trị với anion oxy lớn hơn Những cation còn lại, vì thế trong hợp chất lỏng nóng chảy phải tồn tại những tổ hợp anion (silic-oxy hay alumo-oxy) như có trong silicat tinh thể Tổ hợp cation Si4+ và

Al3+ có khuynh hướng dẫn tới trùng hợp polime hóa và có khả năng tạo nên những tập hợp với hình dạng, kích thước khác nhau như xích, khối và vòng

SiO2 chuyển vào hỗn hợp nóng chảy ở dạng nhóm silic oxy bền vững đặc trưng bởi số lượng trùng hợp polime khác nhau Những nhóm silic-oxy đó bao xung quanh bởi các ion Na+, K+, Ca2+, Fe2+… và hướng tới lựa chọn những ion liên kết cộng hóa trị của oxy và tạo nên với số phối trí kép hay số phối trí hình đa diện Dưới tác dụng của những lực ion mà mạng polime –Si-O-Si- dần dần bị đứt và trong hỗn hợp nóng chảy xuất hiện những mạng xích yếu hơn dạng –Si-O-Me-

Tùy theo mức độ tăng nồng độ các oxit kiềm và kiềm thổ trong hỗn hợp nóng chảy mà số lượng mối đứt trong mạng lưới SiO2 được tăng lên, do đó mà những tổ hợp anion là các nhóm [Si5O15]10-, [Si4O12]8-, [Si3O9]6- tạo nên mạch vòng, [SinO3n+1](2n+2)- tạo nên mạch thẳng hay tứ diện đơn giản của [SiO4]4-

Ion alumin trong hỗn hợp nóng chảy có thể tồn tại ở dạng cation biến tính liên kết ion với oxy tạo nên số phối trí đa diện của oxy, hệ alumin ở dạng tổ hợp anion [AlO2]4-, [Al3O7]5-, [Al2SiO7]4- Những ion khác trong hỗn hợp nóng chảy tồn tại ở dạng nhóm đẳng hướng

Mức độ tạo nên tổ hợp ion trong hỗn hợp nóng chảy silicat phụ thuộc vào đại lượng tỷ lệ nguyên tử giữa oxy và silic (O : Si) và đại lượng năng lượng tác dụng tương hỗ của cation kim loại với những anion oxy, tính theo 1 mối nối Me-O Giảm đại lượng tỷ lệ O : Si có nhiều số đỉnh oxy của tứ diện [SiO4]4- là đỉnh chung với các đỉnh tứ diện kế liền đó

Trong hỗn hợp nóng chảy SiO2 tinh khiết tỷ lệ nguyên tử O : Si bằng 2 tạo nên hai đỉnh cuối tứ diện [SiO4]4- liên kết chung nhau qua ion oxy O2-+ Có nghĩa là thực tế bảo đảm cho hai tứ diện kề liền nhau có chung nhau 1 anion O2-

Tùy theo mức độ tăng đại lượng tỷ lệ O : Si do đưa vào trong hệ những cation khác nhau của số ion O2- tăng lên là làm cho khoảng không gian của tổ hợp ion được chia nhỏ ra hơn Hiện tượng tạo nên những tổ hợp ion như vậy tương tự như nhóm silic oxy trong mạng lưới silicat

6 9

5 2

O ]

4 3

3 1

[Si cấu trúc băng dãi cấu trúc tấm lớp [Si và vòng 3 tứ diện

−

−

∞

→

4 1 cấu trúc xích tứ diện đẳng hướng

Trong tỷ lệ O : Si đã cho của SiO2 dẫn tới tạo nên tổ hợp ion phụ thuộc vào đại lượng tác dụng tương hỗ tính cho một mối liên kết cation oxy

Năng lượng toàn phần tạo nên 1 mol oxit MeaOb (xem bảng 10) từ ion kim loại

Mex+ và oxy O2x- (trong đó x phần liên kết ion, Z hóa trị kim loại) về đại lượng giống như năng lượng Culông Ek của ion đó khi tạo nên 1 mol oxit MaOb

Trị số Ek xác định theo công thức Kapustinoki

2

k

2x

r r

+

a, b: lượng kim loại và oxy trong phân tử tương ứng

r1, r2: bán kính ion cation và oxy tương ứng

Kết luận trên dúng cho cả các oxit SiO2, Al2O3 và B2O3 trong đó phần năng lượng liên kết cộng hóa trị (1-x) tương đối lớn Do năng lượng liên kết của những oxit này có thể xác định được dựa trên cơ sở sự tác dụng tương hỗ Culông nghĩa là tính cho một liên kết Me2x+-O2x- Đối với một ion gam kim loại có thể tính theo công thức Exin:

k x

2E E

A(a b)

= +

A: hằng số Mađolung phụ thuộc vào cấu trúc mạng tinh thể

Tính gần đúng năng lượng một liên kết Culông Ek giữa cation-oxy đối với cation-oxit mà oxit đó có phần liên kết ion x khá lớn (0,72-0,82) có thể xác định theo công thức:

2

SZ

n(r r )

∋ =

+

S, Z là hóa trị oxy và của cation

n: số phối trí có thể có của cation khi nằm trong hỗn hợp nóng chảy hay sối phối trí của cation nằm trong pha tinh thể tách ra khỏi pha lỏng đầu tiên

e: điện tích điện tử

Đại lượng Ek hay E càng lớn càng nhiều ion oxy dư lại liên kết với kim loại và liên kết ít với silic hay những tổ hợp ion khác Điều đó dẫn tới tăng số lượng tổ hợp ion do những tổ hợp ion trên liên kết những đỉnh oxy với nhau Ngược lại đại lượng năng lượng tác dụng của một đơn vị liên kết giữa cation và oxy không lớn lắm gây nên chuyển hóa ion thành tạo nên tổ hợp cation phá vỡ mối liên kết và phân chia nhỏ tổ hợp ion oxy

2.3 TÍNH CHẤT HỖN HỢP NÓNG CHẢY SILICAT

Khi ta làm lạnh một vài chất lỏng trong số chất lỏng đó là hỗn hợp lỏng nóng chảy của silicat, có thể trải qua giai đoạn quá lạnh- nghĩa là chất lỏng tồn tại với tính chất của nó (như tinh cấu trúc) ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ băng giá (đóng cứng) mà vẫn không chuyển thành trạng thái tinh thể Chất lỏng quá lạnh nằm ở trạng thái không bền vì năng lượng tự do của nó lớn hơn năng lượng tự do của cùng vật chất ở trạng thái tinh thể Tuy nhiên cấu trúc của chất lỏng quá lạnh lại tồn tại năng lượng tự do ít hơn bất kỳ cấu trúc nào gần giống với nó

Đối với hỗn hợp lỏng nóng chảy có thể làm lạnh dến trạng thái thủy tinh thường có đặc tính tăng độ nhớt của hỗn hợp lỏng nóng chảy khi ta giảm nhiệt độ đại lượng độ nhớt trở nên rất có ý nghĩa vì vật chất đó tự nó chuyển thành từ trạng thái lỏng sang trạng thái vật chất rắn Trạng thái tạo thủy tinh là trạng thái lỏng có đại lượng độ nhớt rất lớn, còn thủy tinh có thể coi như chất lỏng quá lạnh giữ nguyên cấu trúc của chất lỏng ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ kết tinh

2.3.1 Độ nhớt

Độ nhớt có thể coi như lực P tác dụng lên 1cm2 lớp chất lỏng linh động (hỗn hợp lỏng nóng chảy) có bề mặt S cần thiết giữ cho građian tốc độ là hàng số du

dx

giữa hai lớp chất lỏng song song có một khoảng cách hầu như không đổi Lực tác dụng F có thể tính theo công thức Newton:

dV

F S.

dx

= η

Hệ số tỷ lệ còn gọi là hệ số độ nhớt Độ nhớt phụ thuộc vào bản chất và thành phần của hỗn hợp lỏng nóng chảy

Nếu ta coi S = 1 và dV

dx = 1 thì F = có nghĩa là độ nhớt là lực ma sát giữa hai lớp lỏng song song tiếp xúc với nhau theo một bề mặt là 1cm2 ứng với giai đoạn tốc độ dV

dx là 1 Trị số tuyệt đối của độ nhớt [ ] là g/cm.sec gọi là poa

Tốc độ chảy của những chất lỏng Newton bình thường tỷ lệ theo áp suất Do đó tích áp suất P và thời gian chạy cho một thể tích chất lỏng sẽ là đại lượng không đổi

P τ = const

Do đó độ nhớt của chất lỏng Newton không phụ thuộc vào áp suất tác dụng lên chất lỏng Tích số P đối với dung dịch kéo và huyền phù sẽ bị giảm khi ta tăng áp suất và dẫn tới giảm độ nhớt

Độ nhớt của dung dịch kéo có liên quan đến mối liên kết giữa các hạt trong pha phân tán

Silicat lỏng nóng chảy trong mọi trường hợp coi như chất lỏng thường của Newton mà ta chỉ xét hai yếu tố nhiệt độ và thành phần ảnh hưởng đến độ nhớt của chất lỏng silicat

2.3.1.1 Độ nhớt phụ thuộc vào nhiệt độ

Nhiều chất lỏng khi tăng nhiệt độ làm giảm được độ nhớt Vì nhiệt độ tăng làm tăng năng lượng động học của phân tử, làm cho các lớp kế liền nhau có độ linh động cao và độ chảy của nó tăng lên Trên hình 19 rõ ràng là chất lỏng nóng chảy silicat đặc trưng bởi sự thay đổi độ nhớt phụ thuộc theo nhiệt độ Phơrenken đã đưa ra công thức liên hệ sự thay đổi độ nhớt chất lỏng Newton theo nhiệt độ như sau:

B T

A.e B

T

η =

η = +

A, B: hằng số phụ thuộc tính chất chất lỏng (hỗn hợp nóng chảy)

e: cơ số logarit

T: nhiệt độ tuyệt đối

Có thể viết:

n

U ' RT

A e

η =

A’: hàng số phụ thuộc thành phần hơn của hỗn hợp nóng chảy

e: cơ số logarit tự nhiên

Un: năng lượng tích cực của độ chảy nhớt cần để thắng năng lượng cản nội tại chất lỏng nhớt chảy

U : phụ thuộc thành phần hoá học của hỗn hợp lỏng nóng chảy

R: hằng số khí

T: nhiệt độ tuyệt đối

Hình 19 Đường cong biểu diễn độ nhớt phụ thuộc nhiệt độ của khoáng thiên nhiên

nóng chảy và thủy tinh

1- Andesit 2- Têsênhit 3- Điabadơ 4- Thủy tinh 5- Badan

Trong bảng 11, ta thấy rõ năng lượng hoạt tính (tích cực) của độ nhạy ở chất lỏng nhớt phụ thuộc vào nhiệt B2O3 năng lượng Un lớn nhất ở nhiệt độ 650-2600 cao hơn 650-13000C năng lượng giảm rất mạnh Nhưng SiO2 ở 1300-20600C năng lượng

Un lớn nhất và 23200C đại lượng Un giảm đi rất mạnh

Bảng 12, cho ta nhiệt độ nóng chảy và độ nhớt tương ứng của một vài chất Biến thiên trị số Un phụ thuộc nhiệt độ

Bảng 11

t0C U Kcal/mol t0C U Kcal/mol

260

315

450

500

600

630

800

1000

1100

1300

83

64

40

38

30

26

19

18

15

12

1300 – 1400

1720 – 2000

1950 – 2060

1935 – 2320

170 ± 8

151 ± 10

134 ± 9

89 ± 21

Độ nhớt một vài chất ở nhiệt độ nóng chảy

Bảng 12

Vật chất ở dạng tinh thể Vật chất tạo thủy tinh

Na

Fe

H2O

Al2O3

LiCl

98

1535

0

2050

613

0,01 0,07 0,02 0,60 0,02

SiO2 GeO2

B2O3

As2O3 BeF2

1710

1115

450

390

340

107,7

105,4

105

106

106

2.3.1.2 Độ nhớt phụ thuộc thành phần hoá học của hỗn hợp nóng chảy

Ở mỗi một nhiệt độ đại lượng lực tác dụng giữa các ion, nhóm ion, sự phân ly đều quyết định bởi thành phần hoá học hỗn hợp nóng chảy

Sự ma sát nội tại của chất lỏng chảy có độ nhớt cao quyết định bởi những đại lượng lực tác dụng ở trên và phụ thuộc vào cấu trúc của chính hỗn hợp nóng chảy, nghĩa là phụ thuộc vào đại lượng nồng độ các nhóm ion trong chất lỏng

Độ nhớt của chất lỏng silicat ở dạng hỗn hợp nóng chảy là hàm số phức tạp của thành phần hoá học tạo nên chất lỏng silicat Do đó không thể diễn tả ảnh hưởng của cấu tử này hay cấu tử khác đến độ nhớt của hỗn hợp nóng chảy ban đầu Tuy nhiên về khía cạnh thành phần hóa cho phép ta nêu lên tính quy luật chung tương đối chính xác

Đối với chất lỏng nóng chảy silicat độ nhớt tăng lên khi ta tăng hàm luợng SiO2 và độ nhớt giảm khi ta tăng nồng độ oxit kiềm Hiệu quả tăng giảm độ nhớt trên cho thấy rõ ràng nhất trong vùng có thành phần SiO2 = 60-100% mol

Trong đó những oxit kiàm thì Li2O là rõ ràng nhất Độ nhớt của hệ hai cấu tử

Me2O-SiO2 tăng lên khi chuyển litium sang những thành phần kali và natri và chỉ ở vùng nồng độ kiềm (octosilicat) ta thấy quan hệ ngược lại

Trong số oxit kiềm thổ khi tăng nồng độ mol như nhau thì tác dụng đến độ nhớt tăng theo dãy từ BeO đến BaO Điều đó hoàn toàn đúng vì đối với hệ ba cấu tử Me2O-MeO-SiO2 cũng như đối với chất nóng chảy có thành phần phức tạp (SiO2 > 50% mol) trừ những hệ alumosilicat không chứa kiềm loại 2MeO.Al2O3.4SiO2 Sự phụ thuộc thành phần hoá học đến độ nhớt trở nên phức tạp hơn khi ta đưa vào hệ những cation Me3+, Me5+ Trong những cặp cation tiếp theo hay những nhóm nhỏ cation người ta đã tìm ra quy luật: khi thay đổi cation kích thước nhỏ bằng cation kích thước lớn, độ nhớt giảm theo thứ tự sau:

Be2+ > Mg2+ > Ca2+ > Sr2+ > Ba2+

Zn2+ > Cd2+ > Pb2+

Ni2+ > Co2+ > Fe2+ > Mn2+ > Cu2+

Al3+ > Ga3+, Si4+ > Ge4+, P5+ > Sb5+

Sự phụ thuộc ngược lại khi giảm độ nhớt nếu ta đưa cation kích thước nhỏ vào hỗn hợp nóng chảy:

Li+ < Na+ < K+, B3+ < Al3+

Ti4+ < Zr4+, V5+ < Ta5+

Độ nhớt giảm khi thay những cation có độ phân cực nhỏ bằng những cation có độ phân cực lớn:

Mg2+ > Zn2+ > Co2+ > Mn2+ > Cu2+

1.3.2 Sức căng bề mặt silicat nóng chảy

Lớp bề mặt bất kỳ vật thể nào cũng có năng lượng bề mặt năng lượng tiêu hao cần để tạo nên một đơn vị bề mặt phân chia pha gọi là năng lượng bề mặt toàn phần ES:

ES = + q : năng lượng bề mặt tự do (sức căng bề mặt nghĩa là công tiêu hao để tăng bề mặt 1 cm2)

q T.

dT

= nhiệt hấp thu bởi hệ khi tạo nên một đơn vị bề mặt chính là ẩn nhiệt tạo nên một đơn vị phân chia pha

Sức căng bề mặt đặc trưng cho độ tăng lực liên kết giữa các phân tử trên bề mặt, lực đó tác dụng lên một đơn vị chiều dài ???? , so với mặt phẳng và chính bằng năng lượng bề mặt tự do

Sức căng bề mặt đóng vai trò quan trọng trong kỹ thuật silicat Từ đại lượng sức căng bề mặt quyết định đến mối liên quan của các quá trình kỹ thuật như; khử bọt ra khỏi khối thủy tinh lỏng trong lò nấu thủy tinh, làm tròn các góc cạnh của sản phẩm thủy tinh, kết khối sản phẩm kim loại gồm: sản xuất sợi thủy tinh, bông thủy tinh, men tráng kim loại, men gốm sứ và các quy trình kỹ thuật kết khối các sản phẩm có mặt pha lỏng như cơlanhke xi măng, gốm sứ…Vì thế sức căng bề mặt phụ thuộc vào thành phần hoá học chất nóng chảy và phụ thuộc vào nhiệt độ

2.3.2.1 Sức căng bề mặt phụ thuộc thành phần hoá học và nhiệt độ

Ảnh hưởng của lượng phụ gia những oxit khác nhau đến sức căng bề mặt của chất lỏng silicat quyết định bởi bản chất phụ gia, nồng độ của chúng trong hỗn hợp nóng chảy và sức căng bề mặt của hỗn hợp nóng chảy ban đầu

Ảnh hưởng của những cấu tử riêng biệt trong hỗn hợp nóng chảy đến sức căng bề mặt được đánh giá bởi đại lượng sức căng bề mặt riêng phần:

i

g

g = + − γg (1 ) Δ

Δγ

gi: tính chất mol riêng phần của cấu tử được nghiên cứu trong hỗn hợp nóng chảy

g: tính chất mol của hỗn hợp nóng chảy

∆g: sự thay đổi tính chất của hỗn hợp nóng chảy dưới ảnh hưởng của phụ gia là cấu tử nghiên cứu

∆ i: sự thay đổi phần mol của cấu tử được nghiên cứu chứa trong hỗn hợp nóng chảy

Đại lượng gi riêng phần đối với nhiều cấu tử phụ thuộc rất ít vào thành phần của chất lỏng nóng chảy silicat ban dầu Vì thế chúng có thể coi gần đúng là trị số trung bình và là số không đổi Tuy nhiên có những cấu tử gi được biểu hiện rõ ràng sự thay đổi tới trị số thấp nhất thậm chí là số âm Những cấu tử như vậy là chất có mức độ sức căng bề mặt tích cực, nghĩa là giảm sức căng bề mặt hỗn hợp nóng chảy rất mạnh

Khi có mặt những cấu tử như trên đường biểu diễn sự thay đổi sức căng bề mặt của hỗn hợp nóng chảy trở nên phức tạp bởi hiện tượng hấp phụ

Thành phần của lớp bề mặt hỗn hợp nóng chảy rất khác với thành phần bên trong thể tích của hỗn hợp nóng chảy, vì theo định luật Gipo lớp bề mặt của hỗn hợp nóng chảy chứa nhiều cấu tử có tính giảm sức căng bề mặt

Trên cơ sở nghiên cứu sức căng bề mặt riêng phần gi Apen đưa ra bảng phân loạo các oxit theo tính chất ảnh hưởng đến sức căng bề mặt của hỗn hợp silicat nóng chảy

Phân loại oxit theo tính chất ảnh hưởng đến sức căng bề mặt của silicat nóng chảy

Bảng 13

Oxit Trị số trung

bình Ui của mối liên kết phối trí

Me-O Kcal/ số Avôgadro

Trị số trung bình của sức căng bề mặt ở

13000C

p2/cm2

Oxit Trị số trung

bình Ui của mối liên kết phối trí

Me-O Kcal/ số Avôgadro

Trị số trung bình của sức căng bề mặt ở

13000C

p2/cm2 Oxit không có hoạt tính bề mặt Oxit có tính chất trung gian

Nl2O5

Ta2O5

SiO2

GeO2

SnO2

TiO

SrO2

Al2O3

Y2O3

Ga2O3

BeO

MgO

CaO

SrO

BaO

InO

CdO

MnO

FeO

Na2O

102-20

150

500

290

260

350

250

350

580

90

600

390

320

510

490

470

450

430

390

490

295

As2O5

Sb2O5

B2O3

Bi2O PbO K2O Pb2O

Cs2O

I2O

Có thể tồn tại trong chất lỏng ở dạng phân tử

20-7

Đại lượng thay đổi có thể là trị số âm

Oxit có hoạt tính bề mặt

CrO3

MsO3

WO3

V2O5

145-104

Đại lượng thay đổi có thể là trị số âm