Характерным свойством большинства кристаллических и стеклообразных силикатов является их способность к катионному обмену, т. е. к эквивалентному замещению одного типа катионов другим при взаимодействии с растворами или расплавами солей электролитов. Гипотеза об обмене ионов на стекле, впервые высказанная в 1923 г. в связи с изучением природы стеклянного электрода, основывалась прежде всего на имевшихся в то время данных об обмене ионов на природных (цеолиты, слюды, глины) и искусственных (пермутиты) силикатных минералах, а также на результатах исследования природы проводимости стекол. В течение длительного времени представления об обмене ионов между стеклом и растворами развивались главным образом в работах по стеклянному электроду и привели к созданию ионообменной теории стеклянного электрода, наиболее полно и всесторонне развитой акад. Б. П. Никольским и его учениками.

В 40-х годах эти представления стали использовать и в работах по химической устойчивости стекла. В Советском Союзе изучение природы химической устойчивости стекла было начато главным образом в работах акад. И. В. Гребенщикова и его школы.

Основной результат этих работ — создание учения о поверхностной кремнеземистой пленке и ее защитном действии. Но еще в 1933 г. И. В. Гребенщиков писал: «Кроме способности адсорбировать органические красители коллоидного характера, стекло обладает способностью адсорбировать ионы, причем самый процесс можно рассматривать как процесс обменной адсорбции». В 1948 г. под руководством акад.

И. В. Гребенщикова в Институте химии силикатов АН С. К. Дуброво и Ю. А. Шмидт начали большой цикл исследований, посвященных изучению взаимодействия простых стеклообразных силикатов и алюмосиликатов натрия с водой и с водными растворами кислот. В результате этих работ было показано, в частности, что поверхностная пленка кремневой кислоты образуется в результате обмена ионов натрия из стекла на ионы водорода из раствора. С 1960 г. в ИХС АН начались работы по изучению взаимодействия стекол с растворами методом радиоактивных индикаторов, а с 1962 г. — по изучению диффузии ионов в стекло.

Еще в 1913 г. при изучении диффузии серебра в стекло было установлено, что процесс взаимодействия стекла с расплавами солей электролитов подчиняется закону действующих масс. Некоторые сведения об ионообменных свойствах стекол в расплавах были получены при изучении их электролиза и диффузии некоторых ионов из расплавленных солей. Но лишь недавно, в конце 50-х годов, явление обмена ионов между стеклом и расплавленными солями электролитов привлекло большое внимание исследователей.

Это было связано с разработкой ионообменного метода упрочнения стекла. В ИХС АН работы в этом направлении были начаты в 1963 г. В настоящее время известны три варианта ионообменного метода упрочнения стекла: 1) высокотемпературный обмен — обмен большего иона из стекла на меньший ион из расплава при температурах выше температуры отжига стекла (550-900°); 2) низкотемпературный обмен — обмен меньшего иона из стекла на больший ион из расплава при температурах ниже области размягчения стекла (300-500°); 3) двойной обмен — метод, сочетающий оба этих процесса. Известны некоторые другие примеры практического использования ионообменных свойств стекол.

Таким образом, история развития представлений об обмене ионов на стекле — это еще один пример того, как теоретическая гипотеза получает практическое приложение и становится основой промышленного метода. В последнее время в и в других странах появились обзорные статьи, посвященные обмену ионов в стекле. Этой проблеме было уделено большое внимание на Международном симпозиуме «Поверхность стекла и современные методы ее обработки».

Начиная с 1962 г. вопросы переноса ионов занимают все большее место в программах международных конгрессов по стеклу. Этой теме была посвящена Гордоновская конференция в США в 1971 г.