373- پروژه و تحقیق آماده: شیشه و شیشه سازی - 10 صفحه فایل ورد - word

شیمی شیشه های معمولی

    اگر چه پرداختن جدیدترین کاربرد های شیشه جالب است .شیمی اشیاء شیشه ای ساده و عادی میتواند بطور فریبنده ای پیچیده و جالب باشد. متداولترین ترکیبی که در سراسر دنیا برای شیشه بکار می رود ، مخلوطی از Na2O ، CaO و SiO2  

به همراه مقادیر کمی از سایر اکسیدها می باشد . این نوع شیشه را شیشه آهکی می نامند . شیشه آهکی  نسبت به سایر شیشه ها مزایایی دارد  :

سازنده های آن ارزان و متداولندبه هنگام سرد شدن متبلور نمی شوددر دماهای نسبتأ پایین (حدود ºC1300 ) ذوب می شوددر برابر عوامل خوردگی جوی مقاوم است

    در نتیجه بطری ها ، شیشه های مربا ، شیشه پنجره ها ، لامپ روشنایی و لامپهای فلورسنت معمولاً از شیشه آهکی ساخته می شوند .

     در ضمن شیشه آهکی را می توان به آسانی رنگ کرد. برای مثال ، افزودن غلظتهای کمی از یونهای فلزات واسطه ، سبب جذب نور در ناحیه مرئی طیف می شودکه به علت انتقالات الکترونهای 3d می باشد . مثلاً رنگ سبزی که در لبه شیشه پنجره ها دیده می شود ناشی از وجود مقادیر کم Fe 2+ می باشد. سایر رنگ کننده ها عبارتند از Co2+  , برای رنگ آبی ، Mn3+ برای رنگ ارغوانی و Cr3+ برای رنگ سبز . از آنجاییکه انتقالات درالکترونهای 3d  اتفاق می افتد ، رنگهای حاصل بستگی به محیط اطراف یونها دارد . به همین دلیل ، رنگها اغلب با تغییر در ترکیب شیشه ها ، تغییر می کنند . در هر صورت عناصر خاکهای نادر نیز می توانند در شیشه های رنگی مورد استفاده قرار گیرند که انتقالات الکترونی آنها در اوربیتالهای داخلی تر انجام می پذیرد. بنابراین، انتقالات آنها تحت تأثیر محیط اطراف یون قرار نمی گیرد و رنگ حاصل به ترکیب شیشه بستگی  نخواهد داشت .

اما یکی از معایب شیشه آهکی ، عدم پایداری آن است. عموماً شیشه را بعنوان ماده بی اثر در نظر می گیرند ولی خیلی از شیشه ها ازنظر شیمیایی فعال هستند . شکلهای متعددی از این قبیل واکنشها وجود دارد که دو مورد مهم آنها به قرار زیر است :

در محلولهای اسیدی ، تعویض یونهای H+ مجاور سطح شیشه با یونها قلیایی داخل شیشه  به آسانی انجام می پذیرد . معمولاً این تعویض یون سبب تشکیل یک لایه محلول رنگین کمانی بر شیشه می شود . بر عکس ، در معرض یک محلول قلیایی ، ساختار شیشه با وارد شدن یونها ی OH- در هم شکسته می شود و در نهایت منجر به انحلال کامل شیشه می گردد. تشکیل لایه سفید نازکی بر روی سطح ظروف شیشه ای، پس از آنکه مدت زیادی در معرض شوینده ها قرار میگیرد ، مثال به خوبی شناخته شده ای از فرایند اخیر می باشد .

     شیشه های آهکی در مقابل دماهای زیاد با تغییرات ناگهانی حرارت نیز زیاد مقاوم نیستند . بدلیل انبساط حرارتی زیاد (تغییر ابعاد با دما)شیشه آهکی، تغییرات ناگهانی دما سبب ایجاد فشارهای ناخواسته در شیشه وشکاف برداشتن یاشکستن آن می شود .

یک راه حل برای این قبیل مسائل ، توسعه شیشه های بوروسیلیکات است. یک مثال از شیشه های بوروسیلیکات مقاوم حرارتی و پایدار، شیشه پیرکس است. بوروسیلیکاتها گستره وسیعی از کالاهای خانگی مصرفی را در برمیگیرند. افزایشB2O3 به ترکیب شیمیایی شیشه دو مزیت دارد . یکی اینکه انبساط گرمایی را تا 50% کاهش میدهد و درنتیجه مقاومت هر شئ را دربرابرشوکهای گرمایی بالامی برد دوم اینکه پایداری شیشه بطورمحسوسی بالا می رود. علل افزایش پایداری شیمیایی در بوروسیلیکاتها روشن نیست . یک نظر رایج این است که با سرد شدن شیشه یک فاز غیر قابل اختــلاط بوجود می آید،  یک فاز ناپیـــوسته غنی از Na2O و B2O3  و یک فاز پیوشته غنی از SiO2 . پایداری شیشه بدون از دست دادن توانایی تشکیل شیشه در دماهای معقـول تقویت می شود . از آنجا که قطر فاز ناپیوسته کاملاً زیر طول موج نور مرئی است ، شفافیت این ماده محفوظ است.