laboratorium Zastosowanie i właściwości wyrobów szklanych
Wyroby szklane to jeden z najczęściej używanych instrumentów w laboratorium i żaden materiał nie jest w stanie tego przewidzieć. Aby jednak lepiej wykorzystywać wyroby szklane, oprócz podstawowych umiejętności obsługi, ważne jest również zrozumienie właściwości materiałowych wyrobów szklanych, co pozwoli na głębsze zrozumienie wyrobów szklanych.
Ogólne właściwości szkła
Głównymi surowcami do produkcji szkła są piasek krzemionkowy (SiO2), kwas borowy (H3BO3) lub boraks (Na2B4O7 · 10H2O), wapno (CaO), wióry szklane (stłuczka szklana), kwas fosforowy (P2O5), zasady (Ha2O dostarczane przez NaNO3, Na2B4O7 itp.) oraz inne surowce zawierające tlenki, takie jak potas, magnez, cynk i aluminium.
Wyroby szklane charakteryzują się dobrą odpornością chemiczną na wodę, roztwory soli, kwasy, zasady i rozpuszczalniki organiczne i pod tym względem przewyższają większość wyrobów z tworzyw sztucznych. Tylko kwas fluorowodorowy i mocna zasada lub stężony kwas fosforowy w podwyższonych temperaturach atakują szkło. Kolejną cechą wyrobów szklanych jest stabilność kształtu (nawet w podwyższonych temperaturach) i wysoki stopień przezroczystości.
Specjalne właściwości konkretnego szkła
Do zastosowań laboratoryjnych można wybrać wiele różnych rodzajów szkła.
Szkło sodowo-wapniowe
Szkło sodowo-wapniowe (takie jak AR-Glas) ma dobre właściwości chemiczne i fizyczne. Nadaje się do krótkotrwałego narażenia na odczynniki chemiczne i ograniczonych zastosowań związanych z szokiem termicznym.
Szkło borokrzemowe (BORO3.3, BORO 5.4)
Szkło borokrzemowe ma doskonałe właściwości chemiczne i fizyczne. Jak opisano w międzynarodowej normie DIN ISO 3585, pierwotnie hydrolizowane szkło ma współczynnik rozszerzalności liniowej 3.3 i nadaje się do zastosowań wymagających doskonałej odporności chemicznej i termicznej (w tym odporności na szok termiczny) oraz wysokiej stabilności mechanicznej. Jest to szkło typowe do instrumentów chemicznych, takich jak kolby okrągłodenne oraz zlewki i produkty do odmierzania.
Stosowanie wyrobów szklanych
Stosując szkło należy wziąć pod uwagę odporność na szok termiczny i siły mechaniczne. Należy przestrzegać rygorystycznych środków bezpieczeństwa:
Nie mieszać na gorąco miernika objętości ogrzewania, cylindra miarowego ani butelki z odczynnikiem.
Podczas przeprowadzania reakcji egzotermicznej, takiej jak rozcieńczanie kwasu siarkowego lub rozpuszczanie wodorotlenku sodu, należy kontynuować mieszanie i chłodzenie odczynników oraz wybrać odpowiedni pojemnik, np. kolbę stożkową, nigdy nie używać cylindra miarowego ani kolby miarowej.
Przyrządów szklanych nie wolno nigdy narażać na nagłe, intensywne zmiany temperatury. Po wyjęciu szklanego instrumentu z gorącego pieca nie należy od razu kłaść go na zimnej lub mokrej powierzchni.
Do zastosowań ciśnieniowych można używać wyłącznie przyrządów szklanych przeznaczonych do tego celu. Na przykład butelka z filtrem i suszarka mogą być używane dopiero po odkurzeniu.
Odporność chemiczna
Oddziaływanie chemiczne wody lub kwasu ze szkłem jest znikomo małe; ze szkła rozpuszczają się tylko bardzo małe ilości, głównie kationów jednowartościowych. Na powierzchni szkła tworzy się bardzo cienka, prawie pozbawiona pustych przestrzeni warstwa żelu krzemionkowego, która zapobiega dalszej erozji. Wyjątkiem jest kwas fluorowodorowy i gorący kwas fosforowy, gdyż te dwa kwasy hamują tworzenie się warstwy ochronnej.
Oddziaływanie chemiczne zasady i szkła
Baza będzie patrzeć w dół na szkło i będzie rosnąć wraz ze wzrostem stężenia i temperatury. Szkło borokrzemianowe 3.3 ogranicza powierzchnię do poziomu μm. Oczywiście wraz ze wzrostem czasu kontaktu nadal mogą wystąpić zmiany objętości i/lub uszkodzenie kamienia.
Odporność na hydrolizę szkła
W pierwszym etapie hydrolizowane szkło może osiągnąć pierwszy stopień 5 poziomów odporności na hydrolizę zgodnie z normą DIN ISO 719 (98°C). Oznacza to, że szkło o wielkości cząstek 300-500 µm poddaje się działaniu wody o temperaturze 98°C przez 1 godzinę i rozpuszcza się mniej niż 31 µg Na2O/gram szklanki wody. Ponadto pierwotne szkło hydrolityczne również osiągnęło pierwszy etap z trzech poziomów hydrolizy DIN ISO 720 (121°C). Oznacza to, że wystawienie na działanie wody o temperaturze 121°C przez 1 godzinę, powoduje hydrolizę w ilości mniejszej niż 62 µg Na 2 O/gram szkła.
Tolerancja na kwas
Pierwotnie hydrolizowane szkło spełnia pierwszy poziom czterech poziomów tolerancji normy DIN 12 116. Pierwotne szkło hydrolityczne, znane również jako kwasoodporne szkło borokrzemianowe, gotuje się w 6N HCL przez 6 godzin z powierzchnią boczną mniejszą niż 0.7 mg/100 cm2; Więcej DIN ISO 1776 Strata Na2O jest mniejsza niż 100ug Na2O/100cm2.
Odporność na alkalia
Pierwotne szkło hydrolityczne spełnia drugą klasę z trzech klas odporności na działanie zasad normy DIN ISO 695. Erozja spowodowana gotowaniem tej samej objętości wodorotlenku sodu (1 mol/l) i węglanu sodu (0.5 mol/l) przez 3 godziny wynosiła około 134 mg/100 cm2.
Opór mechaniczny
Naprężenia termiczne
Podczas produkcji i obróbki szkła mogą wystąpić szkodliwe naprężenia termiczne. Podczas chłodzenia roztopionego szkła przejście ze stanu plastycznego do stanu twardego następuje pomiędzy wysokim i niskim punktem temperatury wyżarzania. Na tym etapie należy wyeliminować istniejące naprężenia termiczne poprzez dokładnie kontrolowany proces powrotu. Po przekroczeniu najniższego punktu wyżarzania szkło może przyspieszyć chłodzenie bez powstawania nowych, znaczących naprężeń.
Reakcja ponownego nagrzewania szkła jest podobna, np. poprzez bezpośrednie nagrzanie go własnym płomieniem do temperatury powyżej temperatury uziemienia, niekontrolowane ochłodzenie lub spowodowanie „zamrożenia” ciepła i znaczne zmniejszenie odporności szkła na pękanie. Zdolność i stabilność mechaniczna. Aby usunąć naprężenia własne, szkło należy podgrzać do temperatury pomiędzy wysoką a niską temperaturą wyżarzania przez około 30 minut, a następnie ochłodzić z określoną szybkością obniżania temperatury.
Odporność na zmiany temperatury
Gdy szkło zostanie podgrzane do temperatury poniżej niskiej temperatury rozżarzania, słaba przewodność cieplna i słaba przewodność cieplna mogą powodować napięcie i ciśnienie. Jeżeli w wyniku nieprawidłowego nagrzewania lub chłodzenia szkło pęknie w stopniu przekraczającym wytrzymałość mechaniczną. Oprócz współczynnika rozszerzalności wartość ta zmienia się w zależności od rodzaju szkła, grubości ścianki i kształtu szkła. Należy wziąć pod uwagę wszelkie zarysowania znajdujące się na szkle. Dlatego bardzo trudno jest określić dokładną wartość odporności na szok termiczny. Oczywiście współczynnik rozszerzalności cieplnej warto porównać z faktem, że pierwszorzędne szkło hydrolizowane jest bardziej odporne na zmiany temperatury niż szkło AR-Glas.
Naprężenia mechaniczne
Z technicznego punktu widzenia właściwości sprężyste szkła są bardzo dobre, co oznacza, że po przekroczeniu tolerancji napięcie i nacisk nie powodują odkształcenia, a jedynie pękanie. Naprężenie, jakie może wytrzymać szkło, jest stosunkowo małe i zmniejsza się dalej w miarę pojawiania się zarysowań lub szczelin w szkle. Ze względów bezpieczeństwa pierwotne szkło hydrolityczne stosowane w konstrukcjach mechanicznych i przemysłowych wytrzymuje napięcie 6 N/MM2.
Jeśli potrzebujesz informacji lub masz jakieś pytania, skontaktuj się z firmą WUBOLAB, the producent szkła laboratoryjnego.
