氢氟酸蚀刻玻璃的原因(氢氟酸刻蚀玻璃的反应原理)

导语：氢氟酸蚀刻玻璃后玻璃渣（Slagging）为什么有粘性？

摘要：对氢氟酸腐蚀玻璃实验现象进行了研究，发现了新的实验现象，并探讨了反应机理与反应表示式。

一般认为氢氟酸中加入玻璃后溶液澄清并有气体产生，产生这种现象的原因被认为是氢氟酸与二氧化硅或硅酸盐反应生成气态物质四氟化硅，有关反应的化学方程式为:

SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O（1）

CaSiO3+6HF=CaF2↓+SiF4↑+3H2O（2）

一、实验现象

经过实验研究发现氢氟酸腐蚀玻璃的实验有新的实验现象产生，即将氢氟酸加入玻璃中，溶液浑浊并有絮状沉淀生成，同时在溶液上空有少量白雾产生；

二、对实验现象的解释与反应机理

此实验中溶液呈浑浊并出现的絮状沉淀是SiF4水解产生的原硅酸（H4SiO4），而少量白雾为HF溶于水蒸气而产生的酸雾，主要依据为下：

无机物水解主要受以下三个因素的影响：1、离子（原子）半径大小及所带电荷数量的多少；2、离子（原子）电子层结构；3、离子（原子）的空轨道。对于SiF4来说，虽然Si-F键能（565kJ/mol）比C-F键的键能（485kJ/mol）大，SiF4在1273K也不分解，但SiF4却容易水解。原因是硅原子半径较大，既有3s和轨道能形成共价键，又有3d轨道可接受水分子中氧原子的弧对电子，形成配位键，从而削弱了硅与氟的作用力，使Si-F键发生断裂，所以SiF4很容易水解而不能存在于水中，有关反应的方程式为：

SiF4+4H2O=H4SiO4↓+4HF（3）

又由于这个反应产生的氟化氢和未水解的SiF4配位形成氟硅酸（H2SiF6），化学反应方程式为：

SiF4+2HF=H2SiF6（4）

所以，氢氟酸腐蚀玻璃的总反应式为:

2SiO2+6HF+4H2O=H4SiO4↓+H2SiF6+4H2O（5）

或

2CaSiO3+10HF+4H2O=2CaF2↓+H4SiO4↓+H2SiF6+6H2O（6）

所以，白色絮沉淀为原硅酸（H4SiO4）和氟化钙（CaF2），产生的白雾是未参加反应的氟化氢与水形成的酸雾。

也有人认为，氟化氢气体与玻璃作用有SiF4气体放出，这一结论显然不符合实验结果，因为，干燥的氟化氢气体根本不与SiO2或CaSiO3作用，这早已被前人证实。

我们仔细分析一下反应方程式（5）以及以及它的反应（3）、（4）就会发现，反应（5）前后水的总量并未发生变化，但如果没有水的存在时反应（5）不能进行，根据催化剂的作用原理，实际上水是该反应的催化剂，所以氢氟酸腐蚀玻璃的反应表示为：

2SiO2+6HFH4SiO4↓+H2SiF6

2CaSiO3+10HF2CaF2↓+H4SiO4↓+H2SiF6+2H2O

参考文献：

【1】北京师范大学，无机化学【M】.北京：高等教育出版社，1993.

【2】【苏】H.JI.格林卡.普通化学【M】.北京：高等教育出版社，1985.

重点来了，H4SiO4这个物质有什么特性？

原硅酸（H4SiO4），是二氧化硅（SiO2）的水合物，白色胶状物

原硅酸在很多资料上记载为白色胶状但是原硅酸是多羟基小分子，说难溶于水让人无法信服。其实原硅酸是一种水溶解性很好的物质，在水中的原硅酸构成网状的多聚体，才形成了我们看见的胶状固体。

再来两个化学反应，不知是否能解决slagging粘稠板结的问题：

H4SiO4 = H2SiO3 + H2O

H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O

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