La réactivité du verre. Le caractère autocatalytique du mecanisme de dissolution de la maille silicique du verre dans un mélange aqueux d'acides fluorhydrique et chlorhydrique

Faculté des Sciences de l'Université Libre de Bruxelles, Pool de Physique, Campus Plaine, CP. 238, Boulevard du Triomphe, 1050 Bruxelles, Belgique.

Résumé

L'étude expérimentale de dissolution de la maille silicique du verre dans des mélanges aqueux d'acides fluorhydrique et chlorhydrique à pH différents a montré que les protons jouent un double rôle dans le processus de dissolution. Les protons adsorbés sur la surface catalysent aussi bien la réaction des ions HF₂^- avec la surface que la réaction des molécules HF avec celle-ci. Par contre les protons présents dans la solution diminuent la concentration des ions HF₂^-, pour la même concentration en HF, en diminuant l'efficacité de l'acide fluorhydrique dans le processus de dissolution. En effet, nous avons pu montrer que la constante de vitesse de réaction des ions HF₂^- avec la surface est beaucoup plus grande que la constante de vitesse de réaction des molécules HF avec la surface.

En outre, nous avons mis en évidence le fait que la constante de vitesse de réaction des protons avec la surface augmente quand la concentration en molécules HF dans la solution augmente.

L'ensemble des résultats obtenus confirme ainsi le caractère hautement autocatalytique du mécanisme de dissolution de la maille silicique dans des mélanges aqueux d'acides fluorhydrique et chlorhydrique.

Abstract

Data are presented on the dissolution mechanisme of silica network of glass in hydrochloric-hydrofluoric acid mixtures It is shown that the dissolution rate can be described by the equation

[math]

with b coefficient decreasing with an increase of HCI concentration. The following experimental equation

[math]

justifies the contradictory role played by protons. Indeed protons adsorbed on a surface catalyse both the reaction with HF₂ ^— ions and with HF molecules. The protons present in the solution are responsable for a decrease of the concentration of HF₂^— ions. Because of the fact that the rate constant of reaction of HF₂^— ions with the surface (e) is much higher than the rate constant of HF molecules (d) the protons in the solution are responsable for a decrease of the efficiency of hydrofluoric acid (decrease of b coefficient). In addition it is shown that the rate constant of the reaction of protons with the surface increases when a concentration of HF molecules in the solution increses, confirming the catalytic role played by HF molecules in the dissolution process.

The discussion is presented to show that the obtained experimental results are consistent with the model for dissolution of silica network of glass in hydrochloric-hydrofluoric acid mixtures presented previously(2). Highlyc autocatalytic character of this process is confirmed