من ماذا يصنع الزجاج
من ماذا يصنع الزجاج
من ماذا يصنع الزجاج، الزجاج مادة غير متبلورة. ينتج الزجاج عادة عن طريق الصهر، ولكن من الممكن أيضًا تكوين الزجاج عن طريق تسخين محلول صهر الهلام وموجات الصدمة. من الناحية الديناميكية الحرارية، يُشار إلى الزجاج على أنه سائل متجمد فائق البرودة. ينطبق هذا التعريف على جميع المواد التي يتم صهرها وتبريدها في المقابل بسرعة.
هذا يعني أن النوى البلورية تتشكل عندما يتصلب المصهور إلى زجاج، ولكن لا يوجد وقت كافٍ لعملية التبلور. زجاج التصلب قوي للغاية بسرعة بحيث لا يسمح بتكوين الكريستال. نطاق التحول، وهو نطاق الإنتقال بين الذوبان والصلب، حوالي 600 درجة مئوية للعديد من أنواع الزجاج.
على الرغم من نقطة الإنصهار غير المحددة، يعتبر الزجاج مادة صلبة. حتى لو تشوهت تحت القوة طويلة المدى، فلا ينبغي وصفها بأنها سائلة. يحدث التشوه البطيء تحت قوة ثابتة أيضًا في المواد الصلبة البلورية ويسمى الزحف. تقارير النوافذ الزجاجية المتدفقة غير مؤكدة ويبدو أن فكرة الزجاج السائل خطأ في الترجمة. إذا من ماذا يصنع الزجاج؟ وما هي خصائصه؟
خصائص الزجاج
إن أهم خصائص الزجاج في الإستخدام العام هي الشفافية البصرية. الخصائص البصرية متنوعة مثل عدد النظارات. بالإضافة إلى الزجاج الشفاف، والذي يكون شفافًا للضوء في نطاق واسع، يمكنك حجب الشفافية بإضافة مواد خاصة إلى المصهور. على سبيل المثال، يمكن جعل النظارات الواضحة بصريًا غير قابلة للإختراق للأشعة تحت الحمراء، ويتم حظر الإشعاع الحراري. أكثر عناصر التحكم في النفاذية شهرة هي الصبغة. يمكن تحقيق مجموعة متنوعة من الألوان. من ناحية أخرى، يوجد زجاج معتم غير شفاف لمجرد مكوناته الرئيسية أو إضافة عوامل معتم.
زجاج المرافق له كثافة تقارب 2500 كجم/ م 3 (2.5 جم / سم مكعب). تختلف الخصائص الميكانيكية بشكل كبير. هشاشة الزجاج تضرب به المثل. يتم تحديد قوة الإنكسار بقوة من خلال جودة السطح. الزجاج مقاوم إلى حد كبير للمواد الكيميائية. الإستثناء هو حمض الهيدروفلوريك. يذيب السيليكا ويحولها إلى حمض الفلوروسيليك. في درجة حرارة الغرفة، يتمتع الزجاج بمقاومة كهربائية عالية، والتي، مع ذلك، تنخفض بشكل حاد مع زيادة درجة الحرارة، ما لم يكن زجاج الكوارتز النقي.
صفات الزجاج وبنيته
على الرغم من أن الزجاج هو أحد أقدم المواد المعروفة للإنسان، إلا أنه لا يزال هناك الكثير من عدم اليقين بشأن التركيب الذري وبنيته. التفسير المقبول الآن للهيكل هو فرضية الشبكة، التي طرحها زكرياسن في عام 1932. ينص هذا على أنه من حيث المبدأ، توجد حالات الترابط نفسها في الزجاج كما في الكريستال. في حالة زجاج السيليكات، على شكل SiO4 رباعي السطوح.
المادة التي تحدد هذا الهيكل الأساسي للزجاج تسمى الشبكة السابقة. بالإضافة إلى أكسيد السيليكون المذكور، فإن المواد الأخرى مثل أكسيد البورون والمواد غير المؤكسدة مثل كبريتيد الزرنيخ يمكن أن تكون أيضًا مكونة للشبكات. ومع ذلك، فإن الزجاج أحادي المكون هو الإستثناء وزجاج الكوارتز هو الوحيد المهم اقتصاديًا. ترتبط المواد الأخرى ببعضها البعض بشكل مختلف في بنية الشبكة.
محولات الشبكة مدمجة في الإطار الذي تشكله الشبكة السابقة. بالنسبة للزجاج العادي، زجاج الجير القلوي (على الرغم من أن المصطلح الأضيق لزجاج الجير والصودا هو أكثر شيوعًا)، فهذه هي أكسيد الصوديوم أو البوتاسيوم وأكسيد الكالسيوم. تعمل محولات الشبكة هذه على تمزيق بنية الشبكة. في هذه العملية، تنكسر روابط أكسجين الجسر في رباعي السطوح بأكسيد السيليكون. بدلاً من الإرتباط الذري بالسيليكون، يشكل الأكسجين رابطة أيونية مع ذرة قلوية.
يمكن أن تعمل الأكاسيد الوسيطة مثل أكسيد الألومنيوم وأكسيد الرصاص كمُشكِّلات ومعدِّلات للشبكات. ومع ذلك، فهم غير قادرين على تشكيل الزجاج بمفردهم.
الإنتقال من الزجاج المصهور إلى الزجاج الصلب
على عكس تبريد المواد البلورية، يكون الإنتقال من السائل المنصهر إلى المادة الصلبة في الزجاج تدريجيًا. هنا لا يتحدث المرء عن نقطة انصهار بل عن نطاق تحول. تزداد لزوجة المادة بشكل ملحوظ عندما تبرد. هذه هي العلامة الخارجية لبنية داخلية متزايدة. نظرًا لأن هذا الهيكل لا يحتوي على نمط منتظم، فإن حالة الذوبان في نطاق التحول، مثل حالة الزجاج المتصلب، تسمى غير متبلور. في النهاية الباردة لنطاق التحول تكمن خاصية الإنتقال الديناميكي الحراري للزجاج، ومن هنا جاء اسم التزجج. في هذه المرحلة، يتغير المصهور إلى حالة صلبة تشبه الزجاج، والتي يظهرها الزجاج أيضًا عندما يبرد أكثر. يتميز التزجج بتغير مفاجئ في معامل التمدد الحراري وانخفاض في الحرارة النوعية Cp.
هذا التسلسل من نطاق التحول والتزجج هو سمة مميزة لجميع الزجاج، بما في ذلك تلك المصنوعة من الهيدروكربونات. تُستخدم الحالة اللزجة غير المتبلورة للذوبان في منطقة التحويل لمعالجة الزجاج عن طريق نفخ الزجاج. إنه يسمح بأي تشوه بدون توتر سطحي وجاذبية إذابة قطعة العمل على الفور.
تلوين الزجاج وتغير لونه
من ماذا يصنع الزجاج، يتم انتاجه وصنع الزجاج مع إضافات أخرى للتأثير على خصائص معينة، مثل لونها. لتلوين الزجاج، تتم إضافة المعادن على شكل جسيمات نانوية (حوالي 0.1٪) إلى الزجاج المصهور. المعادن الأكثر استخدامًا هي الذهب والفضة بحجم حبة يبلغ بضعة نانومترات. شكل الجسيمات، على سبيل المثال كروية أو مفلطحة. تتأثر الألوان المختلفة في الإنعكاس والإنتقال بالجسيمات النانوية.
تستخدم أكاسيد المعادن بشكل أساسي لإزالة ألوان الزجاج التي تسببها الشوائب في موادها الخام. في الأساس، يتم استخدام اللون التكميلي للتخلص من القوالب اللونية. كان يطلق على مزيلات اللون صابون صناعة الزجاج.
الأكاسيد المستخدمة لتلوين الزجاح
- أكاسيد الحديد: اعتمادًا على تكافؤ أيونات الحديد، فإنها تتلون باللون الأخضر والأزرق والأخضر أو الأصفر وتتعلق بثاني أكسيد المنغنيز بالأصفر وكذلك البني والأسود.
- أكاسيد النحاس: لون نحاسي ثنائي التكافؤ أزرق، ألوان نحاسية أحادية التكافؤ حمراء، ينتج عنها زجاج ياقوتي نحاسي.
- أكسيد الكروم: يستخدم مع أكسيد الحديد أو وحده للتلوين الأخضر.
- أكسيد اليورانيوم: يعطي لونًا أصفر أو أخضر رقيقًا للغايةمع ومضان أخضر تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية. صنعت هذه النظارات بشكل أساسي في فترة الفن الحديث. يُعرف هذا النوع من الزجاج في إنجلترا وأمريكا أيضًا باسم زجاج اليورانيوم أو زجاج الفازلين. بسبب النشاط الإشعاعي لليورانيوم، لم يعد يستخدم اليوم.
- أكسيد الكوبالت: ألوان كثيفة باللون الأزرق ويستخدم أيضًا لإزالة اللون. جنبا إلى جنب مع أكسيد الألومنيوم، فإنه موجود كألومينات الكوبالت في زجاج الكوبالت الأزرق الغامق.
- أكسيد النيكل: بنفسجي، ضارب إلى الحمرة أيضًا للشيب وإزالة اللون
- أكسيد المنغنيز (ثاني أكسيد المنغنيز) كصابون لصناعة الزجاج لإزالة الزهر الأخضر (عن طريق امتصاص الألوان التكميلية)
- أكسيد السيلينيوم: اللون الوردي والأحمر، اللون الوردي يسمى روزالين بينما اللون الأحمر يسمى روبي السيلينيوم.
- الفضة: تنتج الفضة الصفراء الجميلة
- أكسيد الإنديوم: أصفر إلى برتقالي كهرماني
- نيوديميوم: وردي إلى أرجواني، أرجواني.
- البراسيوديميوم: أخضر
- السماريوم: أصفر
- اليوروبيوم: وردي كثيف
- الذهب: يذوب أولاً في أكوا ريجيا وألوانه أحمر ياقوتي، وهو من أغلى ألوان الزجاج أرجواني الذهب.
أنواع الزجاح
وفقًا لنوع التكوين بالإضافة إلى الأنواع الإصطناعية، هناك أيضًا زجاج طبيعي حجر السج والخفاف من أصل بركاني، ويتم إنشاء نظارات الصدمات والتكتيت عن طريق تأثيرات النيازك، والفولجوريت عن طريق ضربات الصواعق، وثلاثي النيتروجين عن طريق انفجارات القنبلة الذرية و الإحتكاك عن طريق الإنهيارات الأرضية. تتكون هذه الأكواب من ذوبان الرمال. يمكن أن تفقد الشبكة البلورية أيضًا هيكلها وتصبح جسمًا غير متبلور عند تعرضها لموجة صدمة. يشمل هذا الزجاج العازل ماسكيلينايت، الذي تم تشكيله من الفلسبار.
بالإضافة إلى زجاج الصودا والجير، الذي يتوافق مع الزجاج العادي، يوجد زجاج كوارتز مصنوع من ثاني أكسيد السيليكون النقي، وزجاج الرصاص على سبيل المثال أكواب الشرب الكريستالية، قمع التلفاز والعدسات البصرية. الرصاص الموجود في الزجاج يحمي الإشعاع الكهرومغناطيسي، وله معامل انكسار عالي وتشتت منتظم. زجاج الماء قابل للذوبان في الماء. زجاج البورسليكات مقاوم كيميائيًا بشكل خاص ويستخدم في معدات المختبرات وأدوات الطهي والنظارات البصرية أيضًا. زجاج فوسفات البورون (ثلاثي أكسيد البورون، خامس أكسيد الفوسفور) وزجاج ألومينوسيليكات هي زجاج خاص آخر.
تشتمل مجموعة النظارات غير المؤكسدة على زجاج فلوريد وزجاج كالكوجينيد في بصريات الأشعة تحت الحمراء. يجب فهم السيراميك الزجاجي كحالة خاصة في هذا التصنيف. يتم إنتاجه على شكل زجاج، ويتم إعادة التبلور الجزئي عن طريق المعالجة الحرارية اللاحقة. بالمعنى الدقيق للكلمة، لم يعد زجاجً ، بل جسم مختلط من الزجاج والكريستال.
وفقًا للشكل الأساسي للمنتج وعملية الإنتاج: تنقسم صناعة الزجاج عادةً إلى زجاج مجوف وزجاج مسطح وإنتاج زجاج خاص. يشير الزجاج المجوف إلى الزجاجات والجرار. هذه المنتجات الضخمة هي آلة نفخ. يتم ضغط المنتجات ذات القيمة الأعلى. وتشمل هذه الكتل الزجاجية وأكواب الشرب. مطلوب عملية إنتاج خاصة للمصابيح، وكذلك للزجاج الأنبوبي. اعتمادًا على عملية الإنتاج، يسمى الزجاج المسطح بالزجاج المصقول أو الزجاج الملفوف. المنتج الأساسي هو جزء من الزجاج. المنتجات النهائية هي على سبيل المثال زجاج السيارات والمرايا والزجاج المقسى والزجاج الرقائقي. تشمل الألياف الزجاجية كبل الألياف الزجاجية والصوف الزجاجي وتجد أيضًا تطبيقات في البلاستيك المقوى بالألياف الزجاجية. النظارات البصرية هي عدسات للمجاهر والمناظير. توجد النظارات المنفوخة بالفم عمليًا فقط في الفنون والحرف اليدوية، وكذلك في المزهريات باهظة الثمن وأكواب النبيذ.
وفقًا لأسمائهم التجارية التقليدية: زجاج عتيق، زجاج دياتريت، زجاج صوان (زجاج رصاصي كزجاج بصري)، زجاج هياليث (زجاج معتم، استخدم للزجاج المنضدة والأدوية في القرن التاسع عشر)، زجاج التاج (زجاج بصري ، زجاج كريوليت (معتم، زجاج فلوريد أبيض).
شاهد أيضاً
وفي نهاية المقال ومن خلال موقع المقالات العربية، نكون قد تحدثنا عن من ماذا يصنع الزجاج، خصائص الزجاج، صفات الزجاج وبنيته، الإنتقال من الزجاج المصهور إلى الزجاج الصلب، تلوين الزجاج وتغير لونه، أنواع الزجاح.