Redox reactions during cooling of glass melts : A theoretical consideration

Abstract

Redox equilibria in glass melts and solid glasses, containing more than one polyvalent element are shifted during cooling if the enthalpy of the redox reaction is not zero. In the case of an iron-doped soda-lime-silica glass (Tg = 550 °C) the equilibrium cannot be frozen in above 600 °C even at a cooling rate of 10^3 Κ s^-1. At temperatures below 350 °C the equilibrium is completely frozen in even at cooling rates of 0.86 Κ d^-1. At the most suitable cooling rates (10^-3 to 1 Κ s^-1) the redox equilibrium is frozen in within the comparably small temperature range from 425 to 500 °C. These freezing-in temperatures depend on the type of polyvalent element but they can be calculated for all polyvalent ions, if the diffusion coefficients and their temperature dependences are known. Redoxgleichgewichte in Glasschmelzen und in festen Gläsern, die mehr als ein polyvalentes Ion enthalten, können sich beim Abkühlen verschieben, wenn die Reaktionsenthalpie ungleich Null ist. Bei einem eisenhaltigen Kalk-Natronsilicatglas (Tg = 550°C) kann das Gleichgewicht auch bei einer Abkühlrate von 10^3 Κ s^-1 nicht oberhalb von 600 °C eingefroren werden. Unterhalb von 350 °C ist das Redoxgleichgewicht auch bei Abkühlraten von nur 0,86 Κ d^1 eingefroren. Bei den am häufigsten verwendeten Abkühlraten zwischen 10^-3 und 1 K s^-1 wird die Redoxreaktion innerhalb des relativ kleinen Temperaturbereiches von 425 bis 500 °C eingefroren. Diese Einfriertemperaturen sind abhängig von der Art der polyvalenten Elemente und können berechnet werden, wenn deren Diffusionskoeffizienten und ihre Temperaturabhängigkeit bekannt sind.