Kwas fluorowodorowy i szkło.

[GluEEE]

Dlaczego tylko ten kwas reaguje ze szkłem? Co takiego jest w budowie krzemu i tlenku krzemu, że są takie odporne chemicznie?

[stojekl]

Wszystkie wiązania chemiczne charakteryzują się pewną energią, którą należy dostarczyć żeby to wiązanie zerwać. Może to być trochę mylące na początku, ponieważ mówimy że związek jest trwały (czyli niskoenergetyczny) kiedy ta energia wiązania jest duża, a nietrwały (reaktywny) kiedy ta energia jest wysoka. We wszystkich spontanicznych reakcjach chemicznych dochodzi do powstawania produktów stabilniejszych od użytych substratów.

Kluczem do zrozumienia obojętności chemicznej szkła jest właśnie trwałość wiązania między krzemem a tlenem. Krzem woli znacznie bardziej związać się z tlenem niż z innymi pierwiastkami. Wytworzeniu 60 gramów krzemionki towarzyszy uwolnienie 1000 kJ energii, co odpowiada około 250 g trotylu!
Pauling badając właściwości szkła stwierdził że wiązanie Si-O ma silnie kowalencyjny charakter (długość tego wiązania jest około 10% mniejsza niż promienie krzemu i tlenu jako jonów).
Tutaj zauważ kolejną cechę trwałości krzemionki, czyli jej powierzchnię - jeżeli przełamiesz szkło to odsłonięte drobiny krzemu będą spontanicznie reagować z tlenem z powietrza, a nawet z wody (oczywiście w naprawdę małym stopniu). To sprawia że szkło jest "oblepione" atomami tlenu i utrudnia dostęp innych chemikaliów do wnętrza materiału.
Jedynym bardziej elektroujemnym pierwiastkiem od tlenu jest fluor i to tylko on może konkurować o krzem z tlenem, w wyniku czego powstaje gazowy fluorek krzemu.

Z powodu iż wiązanie to jest bardzo silne, a krzem nie tworzy wiązań podwójnych powstają (poprzez mostki tlenowe) ogromne makrocząsteczki które w krystalicznej krzemionce mogą przybierać różne kształty, np: .
Związki krystaliczne nie zawsze jednak spełniają wszystkie oczekiwania i dlatego do produkcji szkła używa się różnych dodatków które zaburzają nieco to uporządkowanie (takie jak jony wapnia, tlenki glinu, tlenek boru) i poprzez przechłodzenie stopionego szkła otrzymuje się produkt amorficzny, łatwiejszy w produkcji i obróbce. Domieszki mogą też wpływać na inne właściwości szkła takie jak odporność na zmiany temperatury, kolor, czy przezierność, ale również na właściwości chemiczne. Niektóre gatunki szkła mogą podwyższać pH znajdującej się w naczyniach z niego wody, ze względu na rozpuszczalne wodorotlenki czy powierzchniowe miejsca aktywne z "wystającymi" grupami Si-OH.

TL;DR: Wiązanie Si-O jest mocne, wiązanie Si-F jeszcze mocniejsze.