Charakterystyka szkła

1.Podstawowe wiadomości

Szkło jest substancją posiadająca właściwości mechaniczne (sztywność oraz kruchość) bardzo podobne do ciał stałych, jednak brak uporządkowania w strukturze przestrzennej upodabnia szkło bardziej do cieczy. Badaczom udało się ustalić położenie atomów krzemu oraz tlenu w krystalicznym oraz szklistym stanie konsystencji W krystalicznym stanie położenie atomów może przypominać sześcian, zaś w szklistym stanie uporządkowanie ich jest asymetryczne.

Szkło nie jest w stanie przewodzić ciepło ani prąd elektryczny, nie reaguje z większością związków chemicznych.

Powstaje w procesie przechłodzenia stapianych substancji takich jak minerały i surowce nieorganiczne. Szkło możemy otrzymać już z tak prostych składników jak:

- CaCO₃ (wapień);

- SiO₂ (piasek kwarcowy);

- Na₂CO₃ (soda).

Szkło ma 90% zdolność przepuszczania promieni świetlnych- szyby okienne.

Szkło wraz ze wzrostem temperatury powoli mięknie i staje się gęstą cieczą. Wraz ze zmniejszaniem temperatury ciecz jest mniej płynna. Stopniowo zaczyna przechodzić w łatwo formowalną masę plastyczną. Ulega zastygnięciu w postaci sztywnej. Nie jest możliwe ustalenie stałej temperatury topnienia i krzepnięcia.

2.Historia produkcji szkła.

Historia szkła sięga czasów babilońskich i egipskich, wtedy to, czyli około 3000 lat p.n.e. powstały pierwsze skupiska szklarskie. W Polsce dopiero na przełomie X/XI wieku dokonano pierwszych wyrobów ze szkła. Wcześniej na wyspie Murano oraz we Włoszech rozpoczęto produkcje luster. Rozkwit branży szklarskiej nastąpił dopiero w XXw. Powstała wówczas, i na szeroka skalę była wykorzystywana, maszyna, która była w stanie produkować automatycznie opakowania szklane.

Obecnie prym w tej dziedzinie wiodą takie kraje jak: stany Zjednoczone, Rosja, Japonia, Francja i Niemcy.

W Polsce huty szkła mieszczą się w: Piotrkowie Trybunalskim, Sandomierzu, Krośnie, Szklarskiej Porębie oraz Wałbrzychu.

3.Produkcja szkła.

Szkło jest wytapiane i wytwarzane w specjalnych hutach szkła. Surowce wykorzystywane do produkcji szkła są wpierw odważone, następnie po wymieszaniu musimy je zasypać do szklarskich pieców ogrzewanych do bardzo wysokiej temperatury- kilka tysięcy C^o. W ten sposób wytapiana jest masa szklarska. Następnie procesy prowadzące do gotowego produktu to:

- prasowanie;

- ciągnienie masy szklarskiej;

- proces walcowania;

- proces wydmuchiwania lub wytłaczania w odpowiednich formach.

Teraz szkło musi kilka tygodni stygnąć i twardnieć, aby mogło być użyte.

4.Kolor

Kolor szkła zależy od kilku składników. W zależności jaki pierwiastek jest dodany szkło barwi się odpowiednio na:

- kolor fioletowy, jeżeli dodamy mangan i nikiel;

- kolor zielony, jeżeli dodamy żelazo i chrom.

Kolorów może być jeszcze kilka w zależności od kombinacji połączonych pierwiastków. Stosowane są w tym celu także: biel cynkowa (ZnO), substancji barwiące oraz odbarwiające.

W wyniku dodania Al i B wzrasta odporność mechaniczna i termiczna szkła. Gdy dodamy tlenek ołowiu zmianie ulegnie wartość współczynnika załamania światła.

5.Sposoby wykorzystania szkła

Szkło ma wielorakie zastosowanie. Jest używane w wielu dziedzinach życia ludzkiego. Może występować jako:

- szkło laboratoryjne- sprzęt używany w laboratorium

w doświadczeniach chemicznych;

- szkło okienne- wykorzystywane jako szyby okienne;

- szkło optyczne- używane do produkcji pryzmatów, soczewek;

- szkło elektrotechniczne- wykorzystywane w żarówkach, izolatorach;

- szkło butelkowe- stosowane w produkcji butelek;

- szkło budowlane- występujące jako płyty wykładzinowe, szkło piankowe (izolacja cieplna), wata szklana;

- szkło stołowe- z niego wytwarza się wazony, talerze, szklanki, kieliszki, ozdobne dzbanki;

Szkło jest używane także do wzmacniania tworzyw sztucznych. Powstaje wówczas tzw. kompozyt- materiał, który ma zastosowanie w procesie produkcyjnym karoserii samochodowych.

6.Podstawowe typy szkieł

a) szkło ołowiowe charakteryzuje się niska temperaturą topnienia i sporym współczynnikiem załamywania światła. Używany jest do produkcji kryształów oraz soczewek.

b) szkło sodowe łatwo się topi. W skład tego szkła wchodzi: tlenek sodu, krzemu oraz wapnia. Jest często stosowane w codziennym życiu. Wypada wspomnieć, że ten typ szkła ma zastosowanie w procesie produkcyjnym sprzętów codziennego użytku takich jak: różnego rodzaju szklanki, naczynia, butelki, słoiki oraz szyby okienne.

c) szkło bezpieczne to szczególny rodzaj szkła. Specyfika tego materiału polega na tym, że w skutek hartowania po rozbiciu szkło to ulega rozpadowi na maleńkie kawałeczki o zaokrąglonych kształtach, w ten sposób nie spowoduje przypadkowego okaleczenia, spowodowanego ostro zakończonymi krawędziami. Za przykład może posłużyć szkło zbrojone. Nie rozpryskuje się przy pęknięciu, gdyż wraz z wtopioną siatką z metalu jest walcowane. Takie szkło jest montowane w samochodach, ale także jest wykorzystywane w budownictwie.

d) szkło kwarcowe zbudowane jest głównie z SiO₂. Ma wysoka temperaturę topnienia i charakteryzuje się znakomitą przepuszczalnością promieni świetlnych. Wykazuje znaczną odporność na wahania temperatury. Podstawowe zastosowanie szkła kwarcowego to produkcja lamp kwarcowych, ale także jest stosowane jako element sprzętu laboratoryjnego i aparatury optycznej.

e) szkło wodne to wodny roztwór krzemianu potasu, ewentualnie krzemianu sodu. Może być stosowane jest jako środek chroniący do drewno, tkaniny, papy przed ogniem. Jest składnikiem farb chroniących przed ogniem.

f) szkło artystyczne, które wyrabiane jest z płynnej masy. Ukształtowanie szkła ciekłego powoduje powstanie nowego przedmiotu o niesamowitych kształtach. Produkcja odbywa się przy użyciu maszyny lub przy pomocy rąk człowieka. Przedmioty własnoręcznie wykonane przez człowieka czasami staja się dziełami sztuki. W Murano, tam przed wiekami zaczęto rozpoczęto produkcję szkła, istnieje Muzeum Szkła Artystycznego.

Wyroby szklane można udoskonalać poprzez szlifowanie, grawerowanie, punktowanie i rysowanie diamentem. Możliwe jest także wzbogacanie emaliami i złoceniami oraz matowanie piaskiem.

g) Szkło potasowe, które składa się w przeważającej ilości z tlenku potasu (K₂O), tlenku wapnia (CaO) i tlenku krzemu (SiO₂). Charakteryzuje się wysoką temperatura topnienia, dlatego stosowane jest w pracowniach chemicznych. Przeprowadzane doświadczenia wymagają czasami wysokich temperatur, a naczynie wyprodukowane z łatwo topliwego szkła nie byłoby odpowiednie. Szkło potasowe do tego typu prac nadaje się idealnie.