Согласно П. Байерсдорферу [2], решающее значение при взаимодействии стекла с углеродом имеют содержание сульфата в стекле и парциальное давление водяных паров в атмосфере печи. Водяные пары, адсорбируясь на поверхности частичек стекла, реагируют с углеродом:

Согласно этой схеме, при вспенивании происходит восстановление шестивалентной серы, содержащейся в стекле, до серы сульфидной, тогда как в некоторых работах [2, 50] приводится восстановление лишь до четырехвалентной серы с образованием SO₂ по суммарной реакции (4.8). В связи с образованием в пеностекле Н₂S, присутствие которого с достаточной точностью может быть подтверждено химическим анализом [14], в ходе реакций газообразования особая роль отводится связанной воде. Она может служить источником водорода при образовании Н₂S восстановлением сульфатов в присутствии SiO₂ [7].

В. Т. Славянский [274] считает, что для образования сульфатов в стекле достаточно присутствия SO₂ в атмосфере печи, хотя, по данным работ [13, 50, 275], для этого нужен еще и свободный кислород.

Результаты расчета изобарно-изотермического потенциала реакций (4.3) — (4.8), отображающих процесс газообразования как результат взаимодействия вводимого в пенообразующую смесь углерода с компонентами стекла, представлены на рис. 4.1. Для расчета ΔG⁰T реакций (4.5) предварительно был выполнен приближенный расчет термодинамических характеристик соединения Nа₂O*СаO-6SiO₂, данных о котором в литературе нет.

При расчете значения энтропии исходили из положения, что энтропия сложных силикатов приблизительно равна сумме энтропий составляющих окислов [276]. Теплоемкость была определена по формуле аддитивности, предложенной для шлаков и стекла [277]. При определении энтальпии на основании методов сравнительного расчета [278] был оценен средний вклад Na₂O, СаО, SiO₂ в энтальпию однотипных соединений и взята суммарная величина средних значений энтальпии составляющих окислов.

Значение энтальпии силикатов взято по работе [272]. На основании полученных исходных данных был произведен расчет по приближенному уравнению (4.2).

Анализ данных расчетов реакций (4.3)—(4.8) показывает, что термодинамически наиболее выгодными являются реакции с участием не разложившихся карбонатов стекла (реакции (4.3) и (4.5)). Наибольший интерес представляет реакция (4.5), но на основании результатов анализа газовой фазы, находящейся в стекле [252, 274, 279], можно предположить, что остаточное содержание карбонатов в стекле невелико и поэтому их удельный вклад в процесс вспенивания является незначительным. Наиболее вероятной является реакция (4.8) как по величине ΔG^oT, так и по числу достоверных участников в рассматриваемой нами модели процесса вспенивания.

Результаты термодинамического расчета известных реакций пенообразования (реакции (4.9) — (4.12)), учитывающих влияние газовой фазы на ход процесса, изображены на рис. 4.2. Из них следует, что ход процесса пенообразования по суммарному уравнению (4.12) термодинамически маловероятен. Учитывая, что в смесях Na₂SO₄+SiO₂ в момент восстановления идет гидролиз образующегося Na₂S парами воды по реакции:

Термодинамический расчет восстановления Na₂SO₄ (реакции (4.6), (4.9) и (4.10)) показывает, что по величине ΔG^oT при температуре вспенивания (~ 1100 °К) наиболее вероятной является реакция восстановления Na₂SO₄ твердым углеродом (4.6). В этом случае процесс восстановления Na₂SO₄ углеродом в силикатном стекле в атмосфере водяных паров выглядит следующим образом:

Для оценки влияния вводимого углерода на величину ΔG^oT нами были рассчитаны реакции.