【摘要】氢氟酸溶液经常被用于硅盐酸玻璃的表明处理中，它的化学处理形式是化学界关注的焦点。本文浅析总结了氢氟酸溶液电离的原理、电离产物的作用、以及有关的平衡常数，揭示了HF-SiO2的反应的动力学、研究模型、以及反应的公式和反应原理。基于目前对硅酸盐玻璃的化学处理研究得出，硅酸盐玻璃在强酸混合溶液或者在高浓度的氢氟酸溶液中的化学反应，将会是化学研究的重要内容。
【关键词】氢氟酸；反应原理；研究进展；平衡常数；动力学原理
硅酸盐玻璃在生活中运用广泛，它被应用在建筑行业、汽车制造、以及航空和航天等领域，硅酸盐玻璃之所以应用这么广泛，得益于它自身的特点：硅酸盐玻璃具有很好地透光性、加工过程简单、较强的化学稳定性等特点。在常温下，硅酸盐玻璃仅溶于氢氟酸或者是含有氢氟酸的液体，所以在工业生产中就经常用到含有氢氟酸的液体来处理硅盐酸玻璃，来达到更好的效果，这个过程就被称作硅酸盐的化学处理。
硅酸盐玻璃的化学处理就是指硅酸盐玻璃在氢氟酸或者含有氢氟酸溶液中的溶解反应，它的反应过程主要是氢氟酸破坏硅氧的结构，Si-O键破裂，形成Si-F键，就产生了玻璃溶解的情况。虽然在1771年就发现了氢氟酸，而且硅酸盐和氢氟酸相互作用也被广泛的使用到各个领域，但是并没有完整确性的结论，在对于玻璃结构和氢氟酸等存在很大的争议。硅酸盐玻璃和氢氟酸溶液的反应，对现实生活具有很大的现实意义。本文就重点研究了硅酸盐玻璃和氢氟酸的化学反应。
一、氢氟酸的电离
氢氟酸是属于弱酸的一种，它是因为H-F共价键的高度性和HF分子之间的氢键，致使氢氟酸具有很强的稳定性，而且它在溶液中的电离程度非常的低。氢氟酸溶液的电离方程式有两个即：1：HF=H++F-，2：HF+F-=HF-2
很多的专家们认为当氢氟酸溶液的浓度小于1mol/L时，溶液中就包含了电离的HF分子；而有一部分专家则认为在氢氟酸的溶液中HF分子只存在于二聚反应，说明在氢氟酸的电离中有二聚分子的存在。经过对电离的研究，有人还提出了其他的电离方程式，而且提出了平衡的常数。在很多的氢氟酸液体中，都多次证明了聚合离子的存在。
二、反应动力学
近些年来人们加大了对动力学的研究，得出了很多的伦理研究的反应形式和反应规律，但是一直是处于没有形成的明确的结论，氢氟酸和二氧化硅的反应成为了众多专家研究的重点。氢氟酸中的分子对二氧化硅并没有溶解性。而H+能够对存在于氢氟酸表面的二氧化硅起到催化的作用。在一些文献资料中，可以知道F-对二氧化硅并不存在腐蚀作用。在1930年就已经证明了氢氟酸在腐蚀二氧化硅时候，腐蚀的速度和搅拌的速度无关的，经过多次的研究发现，当氢氟酸溶液浓度小于1.5mol/L时，反应的级数趋于接近1，而温度升高时，反应的速度加快。在研究混合酸液对钾长石和钠长石的腐蚀之后，得出混合酸液中只有电离的HF分子和二氧化硅之间的反应，而氢氟酸的分子H-和HF-2对这个反应过程并没有参与。在使用混合酸液对于含有二氧化硅的矿物质，例如石英、钾长石、蒙脱石、高岭石等进行腐蚀时，研究分析之间产生了催化过程。在HF和混合强酸液体中，氟离子在其中参与可以不计，这是因为氟离子的含量少，而在反应的过程里，氟离子的存在形式是以HF为存在形式的。在随着H+的含有量的加大，酸性液体中其他的离子含量保持不变，二氧化硅的溶解速度在不断地提高，在这个过程里H+的含量一点都没有减少，说明在这个过程中没有得到消耗，也就是说H+在反应中起到了催化作用。非催化反应是指HF分子即使没有H+的催化也可以直接和二氧化硅发生反应，这就得出了一个结论，即：HF和二氧化硅的反应是有催化反应和非催化两个部分组成的。
三、HF-SiO2反应机理
因为氢氟酸和二氧化硅产生反应的过程是复杂的，人们对分子上的反应机理没有精确的解释和说明，但是一些资料和研究揭示了反应机理的过程和步骤。有人经过研究表明，认为氢氟酸和二氧化硅之间的反应速率关键在于，Si-F取代了Si-OH。在氢氟酸和二氧化硅发生反应机理的过程是：第一步，溶液的H+依附在玻璃的表层，并且在玻璃的表面产生一定浓度的Si-OH分子；第二步，溶液中含有的活性成分，对Si原子产生侵蚀，导致电子发生偏离，增强电子的极性，与此同时，Si-O的键强度减弱，直至发生破裂，产生一种新的产物，简称为D；第三步，在第二步产生的产物D，与HF2发生一系列的化学反应，生产新产物E，这个过程就是Si-F取代了Si-OH的过程。
在Si-F取代Si-OH的过程里，反应的速率是最关键的的一步，这是因为Si-O的键键强较大，而且它的反应速率是最缓慢的。在发生反应机理的过程里，SF-O的键形成之后，产生很强的极化作用，致使Si-O键键强作用减小，不会形成中间产物D，这样反应速率就会大大加快。
在氢形成氢键之后，对于消除Si-OH的羟基有很大作用，它还会产生Si-F键，这种断键和成键过程是连续进行的，而一氟化物是不能达到这种结果的。还有一部分人却不这么认为，他们认为HF分子是可以对二氧化硅发生侵蚀作用的，而且氢氟酸和二氧化硅在发生反应时，是存在两种反应的，非催化反应和催化反应，非催化是指氢氟酸分子在硅酸盐玻璃表层时，是对Si原子直接进行亲核侵蚀的，它通过减弱Si-O的键强度，导致发生断裂。
经过以上的说明，氢氟酸和二氧化硅的反应过程就是：氢氟酸溶液中是含有可以对Si的原子产生亲核性的侵蚀的分子，如：HF、（HF）2、和HF-2，进而减弱了Si-O键强度，进而导致键断裂，形成了Si-F键。
硅盐酸的化学处理被广泛地进行研究，并且应用在工业生产中。因为氢氟酸本身的电离反应的复杂性，对于电离反应研究结果还存在着很大争议，对硅盐酸的化学处理还需要更多的时间来证明。另外，在实际生产中，氢氟酸和其他成分，例如：强酸，发生化学反应时，可以使玻璃表层变得光滑。所以，氢氟酸和混合性溶液之间的溶解反应也是未来研究的重点。
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作者简介
刘建兵（1976.08-），男，汉族，河北邢台人，大专，助理工程师。主要研究方向：硅酸盐工艺。