Нурт_Стоматологическое материаловединие

света, попадающего на поверхность объекта, и (2) пре­ образования этого спектра поверхностью объекта.

Прозрачность. Количество и спектр света, отража­ емого объектом и воспринимаемого нашим глазом, зависит от способности света проходить сквозь мате­ риал, где его параметры будут меняться. Эти измене­ ния зависят от таких оптических свойств материала, как светопоглощение и светорассеяние, а также от цвета фона, расположенного за объектом.

Текстура поверхности объекта. Свет может отра­ жаться от таких поверхностей, как зеркало, или рассе­ иваться во всех направлениях. В первом случае пове­ рхность объекта окажется идеально отполированной, а во втором — шероховатой (матовой).

Цвет

Восприятие цвета глубоко субъективно, поскольку представляет собой физиологическую реакцию на физический раздражитель. Например, если несколь­ ко человек попытаются выбрать цвет пломбировоч­ ного материала, соответствующий окраске натураль­ ного зуба, то их мнение может быть различным. Это происходит потому, что глаз недостаточно точно воспринимает свет, а за восприятием следует интерп­ ретация в головном мозге отраженного или рассеян­ ного материалом света. Этот процесс различен у раз­ ных людей. Проблем ы с определением цвета испытывают люди, страдающие нарушениями цвето­ вого зрения, что указывает на нарушение у них спо­ собности определения цвета. Следовательно, воспри­ ятие не позволяет провести количественную оценку цвета, а может установить-лишь его наличие.

Ф И З И Ч Е С К И Е СВОЙСТВА

63

Свет — это электромагнитное излучение, которое может быть воспринято человеческим глазом. Нью­ тон (1666) воспроизвел спектр разных цветов, нап­ равив луч света на стеклянную призму, которая превратила его в многоцветную полосу. Эти цвета оказались идентичными цветам радуги. Ньютон по­ казал, что белый цвет фактически представляет со­ бой комбинацию широкого спектра цветных лучей. На Рис. 1.8.9 представлен весь спектр электромаг­ нитного излучения, от ультрафиолетового до инф­ ракрасного. Из рисунка видно, что видимый свет составляет только небольшую часть полного спектра электромагнитного излучения. Длина волн видимо­ го света расположена в диапазоне от 380 до 780 нано­ метров (1 нанометр [нм] = 10~9 м). Спектр видимого света проходит через ультрафиолетовую область (от 380 до 450 нм), голубую (от 450 до 490 нм), затем зе­ леную (от 490 до 560 нм), желтую (от 560 до 590 нм), оранжевую (от 590 до 630 нм), и, наконец, красную (от 630 до 780 нм).

Свет фокусируется сетчатой оболочкой (сетчат­ кой) глаза, и импульсы от зрительного нерва поступа­ ют в головной мозг. В сетчатке глаза находятся два ви­ да рецепторных клеток: колбочки, отвечающие за восприятие разных цветов света, и палочки, чувстви­ тельные только к яркости (т.е. количеству) света, по­ падающего на сетчатку. Реакция сетчатки на свет представлена на Рис. 1.8.10. Из рисунка видно, что лучше всего человеческий глаз воспринимает види­ мый свет в зелено-желтой области спектра, и хуже — в приграничных участках спектра, то есть в красной и синей областях.

Колбочки сетчатки глаза обладают порогом интен­ сивности. Воздействие на них интенсивного света с

10	400	Длина	волны (nm)	700	1	000 000

Рис. 1.8.9. Спектр электромагнитного излучения

64 ОСНОВЫ СТОМАТОЛОГИЧЕСКОГО М А Т Е Р И А Л О В Е Д Е Н И Я

Вольфрамовая нить

100%

400

Длина волны (нм)

700

Рис. 1.8.10. Относительная реакция сетчатки глаза на ви­ димую область электромагнитного излучения

определенной длиной волны может привести к отк­ лючению этих рецепторных клеток, что, в свою оче­ редь, приведет к уставанию глаза и совершенно иному восприятию цвета.

Тот свет, который мы видим, не является светом с одной длиной волны, а представляет собой сочетание разных длин волн, в результате которого образуется один определенный цвет. Длина волн и интенсив­ ность спектра видимого нами света зависит от источ­ ника освещения. Спектры дневного света и лампы на­ каливания с вольфрамовой нитью существенно отличаются друг от друга (Рис. 1.8.11). Это означает, что цвет объекта будет восприниматься по-разному при его оценке при свете от разных источников осве­ щения.

Для того, чтобы сообщить о цвете объекта в зуботехническую лабораторию, где пациенту изготавлива­ ют коронку или винир, необходимо иметь определен­ ный механизм описания цветовых характеристик зубов пациента, чтобы будущая реставрация не отли­ чалась от них по цвету. Многие исследователи пыта­ лись разработать метод количественной оценки цвета и выражения его в числовых величинах для того, что­ бы сделать передачу цвета простой и точной. В 1905 году американский художник Генри Манселл предло­ жил метод описания цветов с помощью трех цветовых параметров — основного цветового тона, насыщенности цвета и светлоты.

• Основной цветовой тон. Представляет собой цвет (т.е. длину волн), преобладающий(ую) в спектре света от источника освещения. Примерами могут быть фиолетовый, синий, голубой, зеленый, жел­ тый, оранжевый и красный. Три первичных цвета, из которых можно составить остальные цвета — это красный, зеленый и синий. Фактически эти три цвета используются в телевизионных установ-

0%

400

Длина волны (нм)

700

Дневной свет

100%

о

0%

400

Длина волны (нм)

700

Рис. 1.8.11. Спектры излучения от ламп накаливания и дневного света

кахдля создания полной цветовой картины из все­ го трех четко окрашенных наборов точек.

•Насыщенность (плотность) цвета. Это — сила цве­ та, или, иными словами, то, насколько живым выглядит цвет. Для того, чтобы представить себе этот цветовой параметр, вспомним, что у каждой телевизионной установки насыщенность цветово­ го тона можно регулировать ручкой настройки цвета.

•Светлота (степень светлоты). Это светлость или затемненность объекта, изменяющаяся в пределах от черного до белого для рассеивающих или отража­ ющих объектов, и от черного до прозрачного для просвечивающих (светопропускающих) объектов.

Вто время, как основной цветовой тон и насы­ щенность цвета являются свойствами самого объекта, светлота зависит от случайного попадания света, рель-

Рис. 1.8.12. Цветовая система Манселла в трехмерном пространстве с координатами цвета, насыщенности и свет­ лоты

ефа поверхности объекта, а если материал пропускает свет, то и от окраски фона. Следовательно, важно про­ водить оценку цвета под разными источниками осве­ щения, причем слишком яркий дневной свет лучше не использовать.

На Рис. 1.8.12. представлена основа системы Ман­ селла. Такое трехкоординатное представление цвета не слишком практично. Поначалу, в этот метод описа­ ния цвета входило большое число цветных бумажных этикеток, позже он был превращен в цифровую систе­ му. В цифровой системе любой выбранный цвет, визу­ ально оцениваемый по атласу цветов Манселла, мо­ жет быть выражен комбинацией буквы и цифры . Однако и эта система имеет свои ограничения, пос­ кольку из-за цветовой нестабильности красок, атлас приходится заменять 1 раз в 5 лет, и при этом его сле­ дует рассматривать только при стандартных условиях освещения. Кроме того, хотя атлас и подходит для оценки цвета одежды или краски, которые можно близко поднести к диаграмме цветов, он является не самым удобным методом оценки цвета натуральных зубов пациента.

Было показано, что диапазон цветов зубов челове­ ка ограничен всего 2% цветового пространства Ман­ селла. Специально для стоматологии была разработа­ на более простая система, основанная на использовании шкалы расцветок. Наибольшее расп-

Ф И З И Ч Е С К И Е СВОЙСТВА

65

Рис. 1.8.13. Расцветка Вита, разделяющая эталоны цвета на:(а) четыре цветовых о т т е н к а - А 2 , В2, С2, D2; (Ь) степень светлоты; и (с) степень насыщенности для цвета А

ространение получила шкала расцветок ВИТА (Рис. 1.8.13). Она создана на базе трех цветовых параметров: основного цветового тона, цветовой насыщенности и степени светлоты цвета. В ней представлены 4 основ­ ных цветовых тона: группа А (красновато-коричневые цвета), группа В (красновато-желтые), группа С (се­ рые) и группа D (красновато-серые). Параметр свет-

66 О С Н О В Ы С Т О М А Т О Л О Г И Ч Е С К О Г О М А Т Е Р И А Л О В Е Д Е Н И Я

Рис. 1.8.14. Простая шкала показателя непрозрачности

лоты представлен серой шкалой, и образцы расцветок располагаются в ней в последовательности, завися­ щей от того, насколько светлым (белым) или темным (черным) будет зуб. Третьим элементом шкалы расц­ веток Вита является цветовая насыщенность, отража­ ющая глубину основного цветового тона и указанная номерами, расположенными возле обозначения груп­ пы: А1-А4, В1-В4, С1-С4 и D1-D4. Важно, чтобы выб­ ранная шкала расцветок соответствовала цветам мате­ риала, который предполагается использовать для реставрации зубов. В идеале образцы шкалы расцве­ ток должны быть изготовлены из того же материала, что и реставрация.

Свойство изменения цвета объекта при попадании на него света от разных источников называют метамеризмом. Метамеризм можно наблюдать в тех случаях, когда цвета двух объектов с разными светоотражательными свойствами (с разными коэффициентами отра­ жения) выглядят одинаково при определенном осве­ щении и определенных условиях наблюдения, и начинают выглядеть по-разному, если поменять ис­ точник освещения или условия наблюдения. Многие покупатели знают, что если они захотят подобрать се­ бе две вещи, совпадающие по цвету, то лучше это де­ лать при дневном освещении, чем под светом флюо­ ресцентных ламп в магазине.

Рис. 1.8.15. Профили поверхности, полученные на профилометре, снабженном сканирующим электронным мик­ роскопом, для (а) полимерного гибридного композита с большим размером частиц (Occlusin, ICI) и (Ь) полимерно­ го композита с малым размером частиц (Herculite XRV, Kerr UK Ltd)

она наблюдается у эмали натуральных зубов. Ею мож­ но объяснить то, почему зубы выглядят такими белы­ ми при флюоресцентном освещении, и почему корон­ ки, мостовидные протезы или пломбы иногда становятся слишком заметными при попадании на них света от флюоресцентных ламп, хотя при дневном свете цвет этих реставраций совпадает с цветом нату­ ральных зубов. Если материал, используемый для из­ готовления реставрации не обладает свойством флюо­ ресценции, то рядом с флюоренцирующим натуральным зубом реставрация будет выглядеть бо­ лее темной.

Другой важной особенностью света является то,	Клиническое значение
что некоторые объекты способны поглощать свет с
длинами волн, находящимися вблизи от ультрафиоле­	Цвет объекта - это человеческое восприятие, которое
товой области спектра (300 — 400 нм), а затем высво­	является функцией трех переменных: источника осве­
бождать свет с бульшими длинами волн (400 — 450	щения, свойств объекта и индивидуальных особеннос­
нм). Эта особенность называется флюоресценцией, и	тей наблюдателя.

Светопроницаемость

Свет проходит сквозь прозрачные материалы, такие, как оконное стекло, почти без искажений, что означа­ ет, что вид объекта через стекло будет достаточно чет­ ким. В некоторых случаях может происходить выбо­ рочное поглощение лучей с определенными длинами волн: на основе этого явления были разработаны оп­ тические фильтры.

Светопроницаемый материал, пропуская сквозь се­ бя свет, поглощает его некоторое количество, и отра­ жает часть лучей от своей внешней поверхности или внутренних границ в неоднородной структуре. Объ­ ект, рассматриваемый через светопроницаемый (по­ лупрозрачный) материал, будет выглядеть искажен­ ным.

Непрозрачный материал — это такой материал, ко­ торый не пропускает свет, но поглощает, рассеивает или отражает его от своей поверхности. Цвет объек­ та зависит от поглощаемых и отражаемых длин све­ товых волн. Например, красное стекло будет выгля­ деть красным потому, что оно пропускает сквозь себя красные световые волны, но поглощает свет с любыми другими д л и н а м и волн. Следовательно, красное стекло может выглядеть непрозрачным, если в спектре источника освещения отсутствует красные световые волны, поскольку световые лучи с любыми другими д л и н а м и волн будут поглощаться этим стеклом.

На Рис. 1.8.14 представлена простейшая шкала, позволяющая оценить степень непрозрачности мате­ риала. В этой системе непрозрачность (опаковость, заглушенность) представляет собой соотношение между степенью отражения дневного света от образца стандартной толщины (обычно, 1 мм) на черном стан­ дартном фоне и кажущейся степенью отражения дневного света от того же образца на белом стандарт­ ном фоне. Коэффициент отражения белого стандарт­ ного фона составляет 70% относительно оксида маг­ ния (С0 7 0 ). Восстановительный материал сравнивают по этой шкале с эмалью и дентином, что позволяет

Ф И З И Ч Е С К И Е СВОЙСТВА

67

легко оценить относительную степень непрозрачнос­ ти интересующего материала.

Текстура (строение) поверхности

Глянцевый или матовый вид материала зависит от сте­ пени гладкости его поверхности. Эмаль имеет блестя­ щую поверхность, поскольку она обладает гладкой текстурой и отражает бульшую часть света, падающего на ее поверхность. По мере увеличения шероховатости поверхности материала, рассеяние света усиливается и поверхность становится матовой. Это явление должно быть учтено при работе со стоматологическими мате­ риалами, поскольку реставрация будет выглядеть не­ эстетичной из-за матовой поверхности, которая обра­ зуется при ее шлифовании . Наличие матовой поверхности приведет к тому, что реставрация станет заметно отличаться от остальных сохранившихся тка­ ней зуба. Простейшим способом оценки текстуры по­ верхности является визуальный осмотр материала, од­ нако рельеф поверхности образца можно оценить и количественно, с помощью прибора, называемого профилометром. Профилометр имеет иглу, прикреплен­ ную к коромыслу с длинным плечом. Игла проходит по поверхности материала, и во время ее движения производится автоматическая регистрация всех пере­ мещений острия штифта вверх и вниз. На Рис. 1.8.15 представлены примеры движения иглы профилометра по поверхностям полимерных композитов. Данные, полученные с помощью профилометра, позволяют оп­ ределить степень шероховатости поверхности матери­ ала путем подсчета величины Ra- среднего арифмети­ ческого отклонения профиля поверхности материала: чем выше этот показатель, тем более грубой (шерохо­ ватой) будет поверхность испытываемого образца.

Клиническое значение

Способность материала для восстановления зубов к полированию является важным критерием при его вы­ боре.

Глава 1.9

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

ВВЕДЕНИЕ

Среда полости рта является агрессивной по своей природе. Материалы могут растворяться водой, при­ сутствующей в слюне, или выделять растворимые компоненты. Присутствие кислоты может вызвать эрозию материала, в полости рта материал может из­ менить свою окраску или разрушиться, он может по­ тускнеть или подвергнуться коррозии.

Все эти явления могут отрицательно повлиять на химическую стабильность материалов и ограничить их клиническую долговечность. Продукты, выходя­ щие из материалов, могут оказать вредное воздей­ ствие на биологическое окружение: они могут привес­ ти как местным реакциям, так и к системным поражениям.

Стоматологическая керамика представляет собой соединения неорганических элементов с кислоро­ дом, чаще всего такими соединениями бывают окси­ ды кремния (Si02) и алюминия (А1203). При обычных условиях эти соединения обладают высокой хими­ ческой стабильностью и устойчивостью к окисли­ тельным процессам, которые связаны с электрохи­ мической (или влажной) коррозией. Разрушение керамики обычно связано с процессом ее химичес­ кого растворения. В отличие от керамики, металлы не обладают стойкостью к коррозии во влажной сре­ де. Исключение составляют некоторые благородные металлы, такие, как золото и платина, которые суще­

ствуют в природе в чистом виде. Остальные металлы обычно встречаются в природе в виде соединений (оксиды или сульфиды), из которых их и добывают. Коррозия металлов является процессом, обратным тому, который используется для извлечения метал­ лов. Часто состав продуктов коррозии металла анало­ гичен тем соединениям, из которых этот металл до­ бывают. Например, железо добывают из оксидов железа природного происхождения, а ржавчина представляет собой гидратированный оксид железа. Обычные полимерные материалы также являются нестабильными, поскольку большинство из них сго­ рает сразу же после возгорания, что свидетельствует о том, что полимеры легко окисляются. Процессы деструкции полимеров, такие, как набухание, раст­ ворение или разрушение ковалентных связей, по су­ ти своей являются физико-химическими. Деструк­ ция полимера может произойти в результате нагрева и под воздействием излучений, которые приведут к существенному снижению механических свойств по­ лимерного материала, таких, как прочность или уп­ ругость.

Клиническое значение

Ухудшение свойств полимеров может быть вызвано абсорбцией и утратой растворимых компонентов, ме­ таллы склонны к потускнению или коррозии, а керами­ ка может разрушаться в результате химического раст­ ворения.

Х И М И Ч Е С К ИЕ СВОЙСТВА

69

ДЕСТРУКЦИЯ ПОЛИМЕРОВ

Абсорбция воды и растворимая фракция

Многие полимеры, используемые в стоматологии, например, входящие в состав полимерных компози­ тов, базисов съемных зубных протезов или мягких подкладок к базисам, склонны к абсорбции раствори­ телей, в частности, воды, а также к утрате раствори­ мых компонентов. Молекулы растворителя раздвига­ ют полимерные цепи, вызывая набухание. Поскольку это приводит к ослаблению связей, полимер стано­ вится более мягким, снижается его температура стек­ лования и прочность. В частности, такой материал, как нейлон, склонен поглощать влагу, что существен­ но ограничивает сроки службы нейлоновых зубных щеток. Полагают, что в случае полимерных компози­ тов показатель водопоглощения является одним из определяющих факторов, от которых зависит измене­ ние цвета этих материалов и гидролитическая дегра­ дация поверхности раздела между полимерной матри­ цей и частицами наполнителя. Мягкие базисные подкладки теряют эластичность в результате растворе­ ния пластификаторов, повышается их склонность к крипу, и они могут разрушаться под воздействием ос­ мотического давления, которое может возникнуть при этих условиях. Таким образом, необходимо ограничи­ вать как поглощение материалом влаги, так и содер­ жание в материале растворимых фракций. Это позво­ лит полимеру сохранять требуемые свойства и не выделять вредные компоненты, которые будут сни­ жать биосовместимость материала с тканями живого организма.

Простейшим методом оценки показателей водо­ поглощения и водорастворимости полимера является контроль изменения веса материала при его погруже­ нии в воду. Тщательный анализ количества воды, пог­ лощенной полимерным материалом, может быть ос­ ложнен прохождением обратного процесса — потерей водорастворимых компонентов, таких, как пластифи­ каторы или остаточные мономеры. Оба процесса про­ текают одновременно, хотя и с разной скоростью. Большое значение для оценки этих факторов имеет то, что оба этих процесса протекают независимо один от другого.

Поглощение и потеря воды зависят от скорости диффузии воды и водорастворимых компонентов че- I рез материал. Таким образом, чем выше скорость диф­ фузии, тем быстрее вода будет поглощаться материа­ лом, тем легче будут выходить из него растворимые фракции. Важно отметить, что любая влага в образце, поглощенная им из атмосферы, должна быть удалена

Рис. 1.9.1. Схематическое представление кинетики водо­

поглощения и доли растворимой фракции

перед погружением образца в воду. Перед испытанием образцы высушивают до постоянного веса и хранят в эксикаторе.

На Рис. 1.9.1 представлена кинетика абсорбции и десорбции. Причиной появления пика кривой в пер­ вом цикле испытания является разница скоростей проникновения воды в образец и выхода из него раст­ воримой фракции. Поглощение воды происходит с большей скоростью, чем выход растворимых компо­ нентов, поэтому сразу же после погружения образец начинает быстро набирать вес до точки насыщения. В этой точке начинается процесс выхода растворимой фракции, который можно заметить по потере веса об­ разца, выходу растворимой фракции способствует ее растворение в поглощенной воде. Количество погло­ щенной воды можно рассчитать по формуле:

Водопоглощение, % масс. = (W, — W2)/W2 х 100

Количество растворимой фракции рассчитывают по формуле:

Растворимая фракция, % масс. = (W0 - W2)/W2 х 100

Если в конце цикла водорастворения определить объем материала, V, и величину W2 заменить величи­ ной V, то это позволит выразить водопоглощение и показатель водорастворимости в таких единицах, как мкг/мм3, которые рекомендованы международным стандартом ( И С О / Д И С 4049).

Для большинства полимеров величина водопог­ лощения составляет от 30 до 50 мкг/мм3. Для поли­ мерных композитов эта величина, однако, будет бо­ лее низкой из-за присутствия стеклонаполнителя, но с учетом стеклонаполнителя, количество воды, пог­ лощенной полимером, должно находится в пределах значений, приведенных выше (для полимеров). Более высокие значения водопоглощения, которые были

70 ОСНОВЫ СТОМАТОЛОГИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ

определены для некоторых полимерных композитов, могут быть объяснены: наличием пористости или свободного пространства, образовавшегося в резуль­ тате вымывания растворимой фракции; гидролити­ ческим разрушением на поверхности раздела между полимером и наполнителем; химическим растворе­ нием частиц стекла, использованных для наполнения полимера.

полимерам, из которых изготавливают хирургические шовные материалы или биодеградируемые имплантаты. В этих случаях процесс деструкции превращает полимер в низкомолекулярные продукты (углекислый газ, воду, соли и т.д.). Продукты, образовавшиеся в ре­ зультате распада полимера, могут поглощаться клетка­ ми организма и выводиться с участков имплантации.

Клиническое значение

Избыточное поглощение воды может привести к изме­ нению цвета и деградации стоматологических полимер­ ных материалов.

Разрыв связи

Деструкция полимеров, вызванная разрушением ковалентных связей, называется разрывом связей. Боль­ шинство свойств полимерного материала зависит от молекулярной массы полимерных цепей. Если в по­ лимерной цепи произошел разрыв ковалентных свя­ зей, то это приведет к снижению молекулярной массы полимера, что, в свою очередь, обуславливает значи­ тельное снижение механической прочности материа­ ла. Разрыв ковалентных связей может произойти в ре­ зультате облучения, нагревания или химического взаимодействия с другим веществом.

Некоторые формы электромагнитного излучения, такие, как ультрафиолетовые лучи, могут проникать в полимер и воздействовать на связи, удерживающие вместе отдельные звенья полимера. Одним из возмож­ ных последствий может стать ионизация, которая воз­ никнет, если под воздействием электромагнитного из­ лучения электрон оторвется от атома, и атом превратится в ион. Это приведет к тому, что связь с этим атомом будет разорвана и длина полимерной це­ пи сократится. Другим возможным последствием мо­ жет стать образование сетчатой структуры (сшива­ ние): в этом случае эффект от излучения будет положительным, поскольку приведет к улучшению механических свойств материала. Примером положи­ тельного эффекта от излучения является воздействие на полиэтилен g-лучами. Гамма-лучи способствуют образованию поперечно-сшитой структуры, которые повышают устойчивость материала к размягчению и текучести при повышенных температурах.

Нагревание полимерного материала может при­ вести к разрыву полимерных цепей. Устойчивость поли­ мера к воздействию повышенных температур зависит от энергии связи между звеньями полимерной цепи (см. главу 1.3 — энергия связи).

Однако в некоторых случаях разрыв цепи полиме­ ра имеет положительное значение — это относится к

ПОТУСКНЕНИЕ И КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ

Потускнение — это изменение цвета поверхности, вы­ зываемое образованием твердых и мягких отложений, например, сульфидов или хлоридов. Потускнение не ухудшает свойств материала, но вид его становится непривлекательным. Потускнение металлических по­ верхностей легко удаляется с помощью полирования металла. В отличие от потускнения коррозия возника­ ет в результате химической реакции между материа­ лом и веществами из окружающей среды, следова­ тельно, ее появление связано с более серьезными проблемами.

Процесс коррозии начинается в результате сниже­ ния свободной энергии металла при взаимодействии с жидкостью или газом. Обычно коррозия металлов представляет собой электрохимический процесс, про­ текающий с потерей электронов (е~), вызванной реак­ цией окисления:

М -> Мп+ + пе"

Рис. 1.9.2. Образование оксидов на поверхности металла

В результате этой реакции металл становится по­ ложительно заряженным ионом. Участок, где проис­ ходит окисление, называется анодом. Электроны бу­ дут перемещаться или станут частью другого химического вещества в результате реакции восста­ новления. Например, если в растворе кислоты содер­ жится растворенный кислород, то реакцию восста­ новления можно записать следующим образом:

02 + 4 Н + - > 2 Н 2 0

Участок, где происходит восстановление, называ­ ется катодом.

Рис. 1.9.3. Изменение массы металлов при образовании оксидной пленки

Х И М И Ч Е С К И Е СВОЙСТВА

71

Все металлы могут подвергаться коррозии в усло­ виях агрессивной среды. Коррозия металлов — явле­ ние весьма нежелательное, поскольку она ослабляет материал и может стать причиной разрушения. Более того, продукты коррозии могут вызвать неблагоприят­ ную реакцию тканей живого организма, как правило, это приводит к ограничению использования металлов для стоматологических целей.

Сухая коррозия

В отличие от золота и еще нескольких благородных металлов, при контакте с кислородом воздуха на по­ верхности всех других металлов образуется поверх­ ностная оксидная пленка (Рис. 1.9.2). Иногда эта тонкая поверхностная оксидная пленка хорошо вид­ на, например, на поверхности титана она вызывает интерференцию света. Это свойство оксидной плен­ ки титана используется при изготовлении ювелир­ ных изделий.

Так как образование поверхностного оксидного слоя связано с присоединением к поверхности ме­ талла дополнительных атомов кислорода, масса окисляемого материала увеличивается. Этот процесс можно проконтролировать. На Рис. 1.9.3 представле­ ны три возможных результата этого эксперимента. В каком направлении будет протекать реакция окисле­ ния, зависит от стабильности образующейся оксид­ ной пленки.

Если оксидная пленка обладает высокой стабиль­ ностью, происходит самоограничение процесса кор­ розии за счет того, что в некоторой точке ионам ме-

Рис. 1.9.4. Окисление металла в водной среде. Окислитель забирает электроны с металлической поверхности в процессе (а), называемом катодным. В результате металл становится положительно заряженным (Ь). Благодаря положительному за-

i с поверхности металла выделяются металлические ионы, этот процесс называется анодным (с)

талла

72 ОСНОВЫ СТОМАТОЛОГИЧЕСКОГО М А Т Е Р И А Л О В Е Д Е Н И Я

Р и с . 1.9.5. Схема процесса гальванической коррозии цинка при его контакте с платиной. Благородный металл (платина) легче окисляется, чем неблагородный металл (цинк), таким образом, на поверхности цинка возникает анодный процесс, и ионы цинка выделяются в водную среду

талла придется настолько долго диффундировать к поверхности сквозь толщу оксидной пленки, чтобы вступить в химическую реакцию с кислородом, что процесс приостанавливается. В таких случаях быст­ рый поначалу набор массы постепенно замедляется, а кривая изменения массы в зависимости от времени окисления будет иметь параболический характер.

Вдругих случаях оксидная пленка не обладает вы­ сокой стабильностью. Она растрескивается на поверх­ ности металла или отслаивается, что приводит к обна­ жению чистого металла и образованию нового оксидного слоя. В таких случаях количество оксида металла будет постепенно увеличиваться, а кривая бу­ дет носить линейный характер.

Втретьем случае наблюдается потеря массы метал­ ла, что встречается не так часто. Такое явление наблю­ дается при окислении металла при высоких температу­ рах. Если температура нагрева будет достаточной высокой, это приведет к испарению оксидов металла сразу же после их образования. При этом на поверхнос­ ти металла будет отсутствовать барьер, препятствующий дальнейшей окислению. Постепенно, по мере испаре­ ния оксидного слоя, металл будет терять свою массу.

Эти формы окисления металлов называются су­ хой коррозией. Многие металлы обладают устой­ чивостью к сухой коррозии за счет возникновения на их поверхности защитного оксидного слоя. Так, военные бомбардировщики резервной авиации хра­ нятся в пустыне, где жарко, но, что более важно, очень сухо. Автомобили в жарком и сухом климате также меньше подвержены коррозии. Однако в при­ сутствии влаги реакция металла на кислород сущест­ венно меняется.

Р и с . 1.9.6. На поверхности металла вокруг трещины воз­ никает процесс коррозионного окисления (катодный про­ цесс), а в самой трещине начинают высвобождаться ионы (анодный процесс)

Влажная коррозия

Влажная коррозия может наблюдаться в нейтраль­ ной, кислой или щелочной среде. Когда металл поме­ щают во влажную среду, ионы металла и его электро­ ны выходят в воду (Рис. 1.9.4). Окислитель, кислород, растворенный в воде, оттягивает электроны от метал-