Leaching studies of soda-lime-silica glass using deuterium- and ¹⁸O-enriched solutions

Abstract

With a glass of composition (in mol%) 74 SiO₂, 16 Na₂O, 10 CaO, various leaching experiments were conducted, in which besides solutions of normal isotopic composition deuterium- and 18O-enriched solutions were used. The concentration profiles of deuterium, hydrogen, and ¹⁸O in the sample were measured with nuclear analyzing techniques. A distinct H/D isotope effect was observed, showing that hydrogen takes part in the rate-determining step of leaching. The measured ratio of ¹⁸O uptake to hydrogen uptake during leaching gives evidence for exchange of oxygen between the glass network and water molecules contained in the leached layer. From measurements on the exchange of hydrogen and oxygen between solution and leached layer, a high mobility of water molecules in the leached layer and evidence for condensation of silanol groups was found.

Mit einem Glas der Zusammensetzung (Stoffmengenanteil in %) 74 SiO₂,16 Na₂O,10 CaO wurden Auslaugexperimente durchgeführt, in denen außer Lösungen mit normalen Isotopenverhältnissen auch deuterium- und ¹⁸O-angereicherte Lösungen benutzt wurden. Die Konzentrationsprofile von Deuterium, Wasserstoff und ¹⁸O wurden mit kernphysikalischen Analysenmethoden bestimmt. Die Beobachtung eines ausgeprägten H/D-Isotopie-Effekts belegt, daß Wasserstoff am geschwindigkeitsbestimmenden Schritt der Auslaugung beteiligt ist. Das gemessene Verhältnis von ¹⁸O- zu Wasserstoff-Einlagerung gibt Hinweise auf den Austausch von Sauerstoff zwischen Glasnetzwerk und Wassermolekülen in der Auslaugschicht. Messungen zum Austausch von Wasserstoff und Sauerstoff zwischen Lösung und Auslaugschicht zeigen eine hohe Beweglichkeit von Wassermolekülen in der Auslaugschicht an und lassen auf die Kondensation von Silanolgruppen schließen.