استخدم الزجاج منذ القدم (3000ق.م)وقد أستعمل في العديد من المجالات (أكواب زجاجية والمرايا والعمل في مختبرات البحث في الكيمياء والبيولوجيا والفيزياء
استخدامات الزجاج المتعددة
وغيرها من المجالات، وقوارير وانابيب الاختبار العدسات ومعدات المختبرات هي غالبا من الزجاج.
محتويات
أنواع الزجاج
يمكن تقسيم الزجاج من حيث تركيبه الكيميائي إلى ثلاثة أنواع:
* زجاج الصودا: ويشكل ما يزيد عن 90% من الزجاج المستخدم : حيث يحتوي على املاح الصوديوم وكربونات الصوديوم بنسبه عالية.
* الزجاج الرصاصي الكريستال: وهو زجاج براق، يستخدم في صناعة التحف والإكسسوارات.
* الكوارتز: ويحتوي على السيليكا بنسبه96%، يتميز بمقاومتة لأعلى درجات الحراره، مما يجعله مناسبًا لصناعه موازين الحراره والأفران.
كما يمكن تقسيم الزجاج أيضًا من حيث المعالجة الفيزيائية إلى نوعين:
* الزجاج الملدن:
* الزجاج المقسى: حيث يسخن إلى درجة حرارة معينة ثم يبرد بشكل سريع عن طريق تعريض سطح الزجاج لتيارات هواء بارد.لذا فهو يتميز عن الزجاج الملدن العادي بمايلي:
-*يمكن للزجاج المقسٍّى تحمل صدمات ميكانيكية أشدّ ممّا يتحمله الزجاج الملوّن العادي بـ 5 - 7 مرات. وعندما يتكسر الزجاج نتيجة صدمة شديدة, يتحول إلى عدد كبير من الشظايا صغيرة التي لا تجرح ولا تؤذي أحداً(لهذا السبب يسمى هذا الزجاج زجاج أمان مقسَّى). وخلافا للزجاج المقسى، فإن الزجاج العادي يتناثر عند تكسره إلى شظايا حادة جارحة بالغة الضرر
-*عندما ينكسر الزجاج المقسى نتيجة صدمة شديدة, يتحول إلى شظايا صغيرة لا تجرح ولا تؤذي أحداً(لهذا السبب تسمى زجاج أمان مقسَّى)وهو ما يستخدم في زجاج السيارات والسينما. أما الزجاج العادي الملدن فعند تكسره يتحول إلى شظايا مختلفة الأحجام, وحاده الأطراف ,و بالغة الضرر.
-*كما يمكن للزجاج المقسَّى تحمل الفارق بين درجات الحرارة الداخلية والخارجية, تصل إلى 300 درجة مئوية, في حين لا تتجاوز هذه الفروق الـ70 درجة مئوية في الزجاج العادي الملدن, مما يعرضها للكسر مباشرةً.
ومن الطرق الشائعه لتصنيع الزجاج هي خلط كميه كبيره من الرمل مع كميات قليله من الجير والصودا، ومن ثم تسخينه إلى درجة حرارة عالية تزيد على الـ 1100 درجة مئوية، حتى يصبح عجينةً سائلةً عالية اللزوجه، يتم بعدها تشكيله بطرق آلية أو يدوية، ومن ثم يبرد ليكون زجاجًا.
و يعتبر زجاج الصودا أو زجاج الحجر الجيري (الزجاج المسطح): هو الزجاج الأكثر شيوعًا واستخدامًا، حيث يشكل نسبه تزيد عن الـ (90%) من إجمالي الزجاج المستخدم في العالم. أما زجاج البوروسيليكات وهو ما يسمى بزجاج البايركس والكيموكس فهو يحتوي على السيلكا بنسبة(80%) وعلى القلويات بنسبة (4%) وعلى الألمونيوم بنسبة (2%) وعلى أكسيد البوريك بنسبة (13%). وهذا ما يعطيه صفة الصلابة التي تزيد بثلاثة أضعاف الزجاج المسطح.
أما زجاج السليكا المنصهر الكوارتز فهو يحتوي على السيلكا بنسبة (96%) ويتميز بمقاومته للصدمات، إلا أنه غالي الثمن.
و أهم خاصيه للزجاج من ناحيه تصنيعه هي لزوجته والتي تتعلق بدرجات الحرارة، لذا فإن زجاج السليكا النقي له لزوجه عالية ويحتاج إلى حرارة عالية جداً للتخلص من الفقاعات الموجودة فيه.
و هذا الشيء يجعل من صناعة زجاج السليكا النقي مكلف جداً.لذا ولأسباب علمية يلزم إضعاف زجاج السليكا لكي يسهل تصنيعه بشكل اقتصادي. ومن واقع الخبرة، يتضح أن اكسيدات المعادن القلوية هي خير وسيلة لتحقيق ذلك.
و يكمن السر في ذلك بأن كل ذرة سيليكون ترتبط بأربع ذرات فقط من الأوكسجين وأن أي ذرات إضافيه من الأكسجين تعمل خلخلة التشكيل المتماسك والقوي والمكون من سيليكون – أكسجين – سيلكون لذا أصبح من السهل علينا تغيير تركيب زجاج السيليكا وجعله أكثر تحركاً وذلك باستخدام أكسيدات المعادن القلوية.
و تعتبر هذه أكسيدات المعادن القلوية من أهم عوامل الصهر المستخدمة في صناعة الزجاج، وأكثر هذه الأكسيدات استخداما هي الصودا التي تعتبر أرخصها ثمنا، وقد استخدمت أكسيدات معادن أخرى القلوية لهذا الغرض مثل (البوتاسيوم والليثيوم... الخ).
[عدل] المركبات الموازنة في الزجاج
هناك عناصر ومركبات كيميائية ضرورية موازنة في عملية تصنيع الزجاج بأشكاله وأنواعه المعروفة بحسب الاستخدام، من أهمها :
1- الجير : يستخدم كمحلول مائي لتصنيع الزجاج. ويستخدم جير الكالسيوم والدولوميت بكميات كبيرة مع الرمل وكربونات الصوديوم والمصابيح الكهربائية.
2- أكسيد الرصاص : يعتبر من المكونات الرئيسية لأنواع الزجاج الظراني الذي يتميز بمعامل انكسار عال، وعادة ما تشتمل على نسبة كبيرة من البوتاس (يعطي الزجاج بريقاً ولمعاناً وفي نفس الوقت مقاوم للكهرباء والحرارة). 3- أكسيد البوريك : يخفض من درجه لزوجه السليكا دون أن يزيد من تمددها الحراري، ومع إضافه كمية قليلة من اكسيد الألمونيوم يحافظ على شفافية الزجاج، ويجعله أكثر مقاوما للحرارة (البايركس)، وهي تستخدم في صناعة أدوات المخابز وأجهزة المختبرات والأنانبيب الصناعية لقدرتها على مقاومة التغيرات المفاجئة في درجات الحرارة وتحملها للتأثيرات الكيميائية.
4- أكسيد الألمونيوم والجير : يستخدم هذا الخليط بنسبة كبيرة في الزجاج مع (10%) من أكسيد البوريك وقليل من القلويات لصناعة الزجاج الليفي.
بشيء من التقريب يمكن القول أن الزجاج هو خلطة مناسبة من الرمل (السيليكا) مع بعض الاضافات الكيميائية وبظروف حرارية معينة نحصل على تلك المادة العجينية التي تبرد لتعطينا الزجاج، والزجاج مادة من أكثر المواد فائدة في العالم. وهو يصنع بشكل رئيسي من رمل السيليكا والصودا والجير.
للزجاج حالتين يوجد فيهما فقط، هما الحالة العجينية بدرجات الحرارة العالية جداً، والحالة الصلبة التي نراها في الطبيعة، والمميز في الزجاج أنه لا يمر بعملية التبلور التي ترافق تبريد مختلف المعادن عند عملية التشكيل.
هذا ويمكن الحصول على خواص مختلفة للزجاج بحسب طريقة تحضيره حيث يمكن للزجاج أن يشكل بحيث يستخرج على شكل خيوط رفيعة جدا تستخدم في تصنيع الالياف البصرية، أو يمكن أن يشكل من الحالة العجينية ويكسب مطواعية ليسكب في قوالب تعطيه الشكل النهائي كمرآة التلسكوب التي يصل وزنها عدة اطنان، ويمكن ان تزاد صلادته أو قساوته ليصبح أقوى من الفولاذ واكثر هشاشة من الورق مع امكانية الحصول عليه بكافة الالوان والاشكال وذلك بسبب خاصيته العجينية.
صناعة الزجاج
يصنع الزجاج بطريقة التسخين إلى درجات الحرارة العالية حتى الحصول على الحالة العجينية للخليطة ومن ثم تتم عملية القولبة للعجينة بحسب الشكل المراد الحصول عليه، وطبعاً هنالك العديد من العوامل التي يجب مراعاتها ولكن هذه هي الطريقة العامة، وباختصار يمكننا القول أن صانع الزجاج يقوم بخلط كمية كبيرة من الرمل مع كميات قليلة من الجير والصودا وغيرها من المواد ليعطي للزجاج بعض الخواص. ويمكن أن تتكون المكونات الأخرى من الآلومنيوم وأكسيد الزرنيخ الأبيض بتسخين هذا الخليط أو جزء منه في فرن حتى يصبح كتلة من السائل الكثيف اللزج. وعندما يبرد هذا المزيج يصبح زجاجا. وتستعمل ملايين الأطنان من الرمل كل سنة لصنع الزجاج. ومع ذلك فإن هناك أنواعا خاصة من الزجاج تصنع دون أن يستعمل فيها الرمل مطلقاً.
الثلاثاء مارس 16, 2010 6:24 am