Стеклообразующие речовини [ред]
До стеклообразующего речовин відносяться:
оксиди:
Базовий метод отримання силікатного скла полягає в плавленні суміші кварцового піску (SiO2), соди (Na2 CO3) і вапна (CaO). В результаті виходить хімічний комплекс зі складом Na2 O * CaO * 6SiO2.
- Кварцові скло отримують плавленням кремнеземистого сировини високої чистоти (зазвичай кварцит. Гірський кришталь), його хімічна формула - SiO2. Кварцові скло може бути також природного походження, що утворюється при попаданні блискавки в поклади кварцового піску.
- Оптичне скло або крон - група прозорих стекол спеціального складу і характеристик, що використовуються для виготовлення різних оптичних пристроїв.
- Хіміко-лабораторне скло - скло, що володіє високою хімічною і термічною стійкістю.
Розрізняються основні види скла:
В якості головної складової частини в склі міститься 70 - 75% двоокису кремнію (SiO \ (_ 2 \)), що отримується з кварцового піску за умови відповідної грануляції і свободи від будь-яких забруднень. Венеціанці для цього застосовували чистий пісок з річки По або навіть завозили його з Істрії, тоді як богемські склороби отримували пісок з чистого кварцу.
Другий компонент - окис кальцію (CaO) - робить скло хімічно стійким і підсилює його блиск. На скло вона йде у вигляді вапна. Стародавні єгиптяни отримували її з щебеню морських раковин, а в середні віки вона готувалася з золи дерев або морських водоростей, так як вапняк в якості сировини для приготування скла був ще не відомий. Першим підмішувати до скляної масі крейда, як тоді називався вапняк, стали богемські склороби в XVII столітті.
Наступною складовою частиною скла є окису лужних металів, на кшталт окису натрію (Na \ (_ 2 \) O) або окису калію (K \ (_ 2 \) O), потрібні для плавки і вичинки скла. Їх частка становить приблизно 16-17%. На скло вони йдуть у вигляді соди (Na \ (_ 2 \) CO \ (_ 3 \)) або поташу (K \ (_ 2 \) CO \ (_ 3 \)), які при температурі легко розкладаються на окису. Соду спочатку отримували вилуговуванням золи морських водоростей, а в місцевості, віддаленій від моря, застосовували містить калій поташ, отримуючи його вилуговуванням золи букових або хвойних дерев.
Содове скло можна з легкістю плавити, воно м'яке і тому легко піддається обробці, а крім того, чисте і світле.
Калієве скло. навпаки, більш тугоплавкое, тверде і не таке пластичне і здатне до формування, але має зате сильним блиском. Тому що раніше його отримували безпосередньо з золи, в якій багато заліза, скло було зеленуватого кольору, і в XVI столітті для його знебарвлення почали застосовувати перекис марганцю. А так як саме ліс давав сировину для виготовлення цього скла, його називали ще лісовим склом. На кілограм поташу йшла тонна деревини.
Свинцеве скло (або кришталь). виходить заміною окису кальцію окисом свинцю. Воно досить м'яке і плавках, але вельми важке, відрізняється сильним блиском і високим коефіцієнтом світлопереломлювання, розкладаючи світлові промені на всі кольори веселки і викликаючи гру світла.
Основні властивості неорганічного скла [ред]
фізико-хімічні характеристики [ред]
- Речовини ізотропні, тобто властивості їх однакові у всіх напрямках;
- При нагріванні вони не плавляться як кристали, вони поступово розм'якшуються при переході з крихкого в високов'язкі і в кінці - в крапельно-рідкий стан, при цьому не тільки в'язкість, але і інші властивості змінюються безперервно;
- Розплавляються і тверднуть оборотно. Тобто витримують неодноразовий розігрів до розплавленого стану, після охолодження знову набувають первинні властивості при однакових режимах переходу (якщо не відбудеться кристалізація або ізоляція). Оборотність пресів і властивостей вказує на те, що стеклообразующие розплави і затверділе скло є розчинами в чистому вигляді. Оборотність - ознака справжнього розчину.
- Визначення неорганічного скла як переохолоджених рідини випливає зі способу отримання скла. Для перекладу кристалічного тіла в склоподібний стан його необхідно розплавити і потім переохолодити знову. Перехід речовини з рідкого стану в тверде при зниженні температури відбувається двома шляхами: речовина кристалізується або застигає у вигляді скла. Першим шляхом можуть слідувати майже всі речовини. Однак кристалізація присутній тільки в тих речовинах, які будучи в рідкому стані, мають малу в'язкістю і в'язкість яких зростає порівняно повільно, майже до моменту кристалізації. До таких речовин відноситься і оксид вісмуту, який в чистому стані практично не утворює стекол.
Властивості скла можна порівняти з поняттям "властивість-склад" склоподібних систем і показивиает, що властивості можна розділити на дві групи в залежності від молярного складу - на прості і складні.
- Перша група - стеклообразниє системи з простою залежністю від молярного складу та можуть оцінюватися по:
- Молярний об'єм;
- Показник заломлення;
- дисперсія;
- Терімческій коефіцієнт лінійного розширення;
- Діелектрична проникність;
- Модуль пружності;
- Питома теплоємність,
- Коефіцієнт теплопровідності.
- Друга група:
До другої групи належать властивості, які більш чутливі до зміни складу. Залежність їх від складу складна і часто не піддається кількісним узагальнень. Наприклад: в'язкість, електропровідність, швидкість дифузії іонів, діелектричні втрати, хімічна стійкість, світлопропускання, твердість, поверхневий натяг, кристаллизационная здатність і ін. Розрахунок цих властивостей можливий лише в конкретних випадках.
Физикохимические свойсва неорганічного скла [ред]
Фізико-хімічні властивості неорганічного скла (НС) і найголовніше - сукупність фізико-хімічних властивостей і характеристик стекол дають можливість застосовувати технологічні процеси варіння скла, формування і обробки виробів в залежності від потрібних властивостей скла. Фізико-хімічні властивості і характеристики залежать від хімічного складу стекол і можуть бути визначені розрахунковим шляхом. Прозорість його, а таже механічна міцність, деформація, теплопровідність і ін. Однакові (ізотропні) в усіх напрямках. З плином часу скло мутніє. Помутніння викликано появою всередині скла дрібних кристалів, оптичні властивості яких інші, ніж навколишнього їх аморфної середовища в зв'язку з нестійким станом аморфного речовини.
Згодом аморфні речовини переходять в кристалічні. Центрами кристалізації можуть бути пилинки, навколо яких починається перегрупування молекул, поступово утворюють кристалічну решітку. Кажуть, що скло "старіє".
Звичайне НС як прозорий матеріал - займає гідне місце в нашому житті: в будівництві, науці, медицині, мистецтві і т.д.
Таблиця фізичних властивостей основних видів скла
Хімічна стійкість неорганічнского скла [ред]
Хімічна стійкість НС видно зі сталого відношенню його до різних агресивних середовищ. Це одне з важливих свойсттв стекол. Але весь діапазон можливих склоподібних систем, їх хімічна стійкість відрізнятися - від гранично сталого кварцового скла до розчинної (рідкого) скла. Прцесс руйнування скла в агресивних рідинах розрізняють в двох видах:
При розчиненні компоненти скла переходять в розчин в однакових пропорціях, в яких вони знаходяться в склі. Багато стеклообразниє скляні системи розчиняються з деякою швидкістю в плавикової кислоті і в концентрованих гарячих розчинах лугів.
При вилуговування спостерігається механізм взаємодії скла з водою і кислотами, крім плавикової. При вилуговуванні в расвор переходять в основному обрані компоненти - оксиди лужних і лужноземельних металів. В результаті переходу на поверхні скла утворюється зещітная плівка, яка за своїм складом максимально наближена до складу скла. Перехід від вилуговування до розчинення можливий при взаємодії скла з водою або з HCl, H2SO4, HNO3 та. т. п. тільки в тому випадку, якщо скло сильно збагачене лугами.
Хімічної стійкості НС визначається по втраті маси зразка після обробки в агресивному середовищі протягом заданого проміжку часу. Втрати виражаються в мг / см². Найбільш підходить метод вибіркового визначення компонентів, які перейшли в розчин. В даному випадку втрати висловлюють числом молей кожного з оксидів, що перейшли в розчин з одиниці поверхні скла.
Для визначення хімічної стійкості НС в розчинах в умовах високих температур і тисків крім втрат ваги треба визначати глибину зруйнованого шару і характер зруйнованої поверхні.
Колір неорганічного скла [ред]
Скло - це Сплавлення зі звичайних сирих матеріалів скляна маса безбарвна, з легким жовтувато-зеленим або голубувато-зеленим відливом, що викликається різними мінеральними домішками. Для того, щоб цю масу всередині скла забарвити, найчастіше застосовують оксиди металів, додаючи їх в шихту до або після плавки.