زجاج
من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
[تحرير] الزجاج واستخداماته
إستخدم الزجاج منذ القدم (3000ق.م)وقد أستعمل في العديد من المجالات (أكواب زجاجية / المرايا / العمل في مختبرات البحث في الكيمياء والبيولوجيا والفيزياء
وغيرها من المجالات ، وقوارير وانابيب الاختبار العدسات ومعدات المختبرات هي غالبا من الزجاج)
الزجاج
....لم يعرف بالضبط زمان ومكان صنع الزجاج ، ويتوقع بأنه وجد منذ خمسة الاف سنة قبل الميلاد نتيجة تجمد السوائل البركانية أو نتيجة اصطدام الصواعق مع الرمال الأرضية الرطبة .
تشير الدلائل إلى أن قدماء المصرين استخلصوا الزجاج لأول مرة منذ 1600 سنة قبل الميلاد .
وكانت صناعة الزجاج محدودة وغامضة و مقتصرة على الكهنة والسحرة . فلقد كانت الأواني والقطع الزجاجية تعتبر مجوهرات وتحف زجاجية نادرة يمتلكها الأغنياء . انتقلت صناعة الزجاج من مصر و سوريا والعراق إلى الدول الرومانية حيث ازدهرت في عهدها تلك الصناعة ، وبعد ذلك ازدهرت في العصر الإسلامي خلال الخلافة العباسية ، ثم انتقلت إلى البندقية ومنها إلى فرنسا وألمانية و إنكلترا
لقد تم تحضير الأدوات الزجاجية في بادئ الأمر بطريقة النفخ وفي مطلع القرن الحالي اكتشفت الآلات الاتوماتيكية في صناعة الأدوات الزجاجية .
يطلق الزجاج على المواد الشفافة التي تشبه بنيتها بنية السوائل وصلابتها في الدرجة العادية من الحرارة تعادل درجة صلابة الأجسام الصلبة . لا يحتوي الزجاج في حالته الصلبة أو السائلة على بلورات ولايمكن تحديد درجة انصهاره لانه يتحول من الحالة الصلبة إلى السائلة مارا بمرحلة الليونة التي تمتاز بدرجة لزوجة عالية .
خواص الزجاج :
1- الشفافية :يمتاز الزجاج بشفافية صافية متجانسة، تمر من خلاله جميع الأشعة الضوئية من فوق البنفسجية إلى تحت الحمراء ،كما أن للزجاج القدرة على عكس وكسر الضوء ويتراوح معامل انكسار الزجاج بين (1.467-2.179) ويكون معامل الانكسار في زجاج الرصاص اكبر ما يمكن .
2- القساوة : الزجاج جسم هش سريع التحطم لا يتغير شكله عند الضغط أو الصدمة وتعرّف قساوة الزجاج بأنها قدرته على مقاومة الخدش أو الاحتكاك .
وتختلف قساوة الزجاج باختلاف تركيبه حيث تعمل زيادة نسبة الجير والسيليكا على زيادة قساوته.
3- مقاومته للمواد الكيميائية :
يقاوم الزجاج بشكل عام المحاليل الكيميائية عدا حمض الفلوردريك والمصهرات القلوية التي تحل الزجاج بسهولة . ويؤثر الماء على الزجاج بعد تماسه لفترة طويلة جدا .
صناعة الزجاج :
تقسم المواد الخام الأولية المستخدمة في صناعة الزجاج إلى قسمين رئيسين هما:
أولا :المواد الأساسية وتضم :
1- الرمل أو السيليكا :يشكل حمض السيليكون المادة الأساسية التي يصنع منها الزجاج العادي ونحصل عليه من الرمل ولا يستخدم رمل الكوارتز نظرا للصعوبات وارتفاع كلفة التحضير للصناعة.
ويشترط في الرمل المستخدم أن يحتوي على نسبة عالية من أكسيد السيليكون تصل إلى 80% وان تكون نسبة الشوائب قليلة خاصة الملونة مثل مركبات الحديد .
2- مركبات الصوديوم حيث يعمل أكسيد الصوديوم على تقليل درجة الانصهار ويساعد في تشكيل الزجاج.
3- الكلس والدولوميت : حيث يساعد أكسيد الكالسيوم على تصليب الزجاج.
4- الفلدسبار :يستخدم بشكل كبير لوجوده بشكل نقي كما انه رخيص الثمن وينصهر بسهولة.
5- البوراكس : يحتوي على أكسيدي الصوديوم والبورون حيث أن هذه المادة تنصهر بشكل جيد وتقلل من معامل تمدد الزجاج . ولذلك نجد أن الزجاج الحاوي نسبة كبيرة من أكسيد البورون لا ينكسر إذا سخن أو برد فجأة .
ثانيا المواد الثانوية :
وتضم المواد التي تضاف لتحسين نوعية الزجاج كالمواد الملونة ومسرعات الانصهار والشفافية مثل أكسيد الرصاص وأكسيد التيتانيوم وأكسيد الباريوم .
مراحل صناعة الزجاج:
تمر صناعته بأربعة مراحل هي:
1- الصهر: حيث تكون المواد الأولية قد حضرت على شكل بودرة أو حبيبات وتمزج مع بعضها البعض بنسب وزنية معينة ثم تدخل إلى الأفران الخاصة ومن الأمثلة على هذه الأفران:
أ- فرن الجفنة: وتبلغ سعته 2 طن من المواد الأولية ويستعمل لإنتاج أنواع معينة من الزجاج مثل زجاج البصريات والزينة.
ويصنع هذا الفرن من الصلصال أو البلاتين ولكن الصلصال قد ينصر جزء منه أثناء صهر الزجاج وبالمقابل البلاتين أغلى ثمنا.
ب- فرن الحوض:وهو عبارة عن حوض مصنوع من القرميد الناري ويتسع ل 1500 طن من المواد الخام.
2- التشكيل:يبرد مصهور الزجاج ببطء حتى يصل إلى مرحلة التشكيل بالدرجة المطلوبة، يتم التشكيل بإحدى طريقتين:
أ- النفخ والتشكيل اليدوي: يصب المصهور في القالب ويتم النفخ إما بالفم أو بالمنفاخ.
ب- النفخ أو التشكيل الآلي: حيث تتم عملية صب المصهور والنفخ آليا .
ويجب أن تتم عملية التشكيل في وقت قصير جدا حيث يتحول الزجاج خلال ذلك من عجينة إلى مادة صلبة .
3- التهذيب أو التبريد : وهي عملية تبريد الزجاج ببطء لتجنب تشققه وتكسره وتلافي تكون مناطق ضعف في الأدوات الزجاجية بعد تشكيلها،وتتم هذه العملية بوضع الأدوات الزجاجية في فرن التبريد على درجة حرارة تتراوح بين 400-600 ْم لفترة زمنية كافية ثم تبرد تدريجيا إلى الدرجة العادية من الحرارة وفرن التبريد عبارة عن قشاط معدني طوله 15-75 متر وعرضه1- 5 أمتار ويسخن الفرن كهربائيا أو بالمحروقات السائلة .
4- الإنهاء : يتم في هذه المرحلة تنظيف الأدوات الزجاجية وصقلها وقطعها وتصنيفها .
التركيب الكيميائي للزجاج :
لا يخضع تركيب الزجاج إلى الروابط الكيميائية وإنما يتألف من مجموعة من الأكاسيد المعدنية.
تلوين الزجاج :
]يعود سبب ظهور الزجاج بلون ما إلى وجود مجموعات معدنية ملونة على شكل ايونات فيه .فمثلا يتلون الزجاج باللون الأصفر أو البني بوجود ايون الحديد الثلاثي ويمكن تحويل اللون الأخضر في الزجاج إلى الأصفر بإضافة ثاني أكسيد المنغنيز .
تصنع الأحجار الكريمة الصناعية بإضافة مساحيق المعادن الثمينة كالنحاس والذهب إلى مصهور الزجاج حيث تشكل تلك المعادن مع الزجاج محاليل غروية.[/color]
أنواع الزجاج :
1-البيركس :يقاوم الحرارة فعند تسخينه لا ينكسر نظرا لصغر معامل تمدده بسبب احتوائه على نسبة عالية من أكسيد البورون وتصنع منه الصحون وكاسات الشاي وزجاجيات المختبرات .
2- الزجاج القاسي سيليكا 96 :يمتاز بصغر معامل التمدد وارتفاع درجة انصهاره.
3- الزجاج الصواني: يحتوي على نسبة كبيرة من أكسيد الرصاص ويلين بالتسخين ويستعمل في الأجهزة البصرية والمجوهرات الصناعية.
وهناك نوع آخر من الزجاج الصواني يحتوي على نسبة كبيرة من أكسيد البوتاسيوم وهو غير ملون وصاف ويستعمل في الأجهزة الكهربائية لانه رديء التوصيل للكهرباء.
4- الألياف الزجاجية :
هي عبارة عن خيوط أو ألياف زجاجية وتتم صناعتها بإمرار المصهور الزجاجي على شبكة بلاتين مسخنة كهربائيا بشكل مستمر حيث تنتج خيوط زجاجية تلف حول اسطوانة تدور بسرعة .
وتستعمل هذه الألياف الزجاجية :كمادة عازلة للحرارة وفي صناعة الملابس الواقية من الحريق.
5- الزجاج الضبابي غير الشفاف:
يصنع بإضافة مواد (تكون دقائقها في الحالة الغروية) إلى مصهور الزجاج حيث تبقى الدقائق عالقة لدى تبريد الزجاج وتجعله ضبابيا لأنها تنشر الضوء وتفرقه وذلك اختلاف معامل انكسارها عن معامل انكسار بقية الزجاج .
تصنيف الزجاج حسب الاستعمال :
1- زجاج الإنشاءات مثل زجاج النوافذ والأبواب والسيارات.
2- زجاج الآنية مثل زجاج القناني والأدوية.
زجاج البصريات مثل العدسات والمجاهر والتلسكوبات.
