Виготовлення скла

Історія скла походить із глибокої давнини. Відомо, що в Єгипті та Месопотамії воно з'явилося вже 6000 років тому. Імовірно, що скло почали виготовляти все-таки дещо пізніше, ніж перші керамічні вироби, оскільки для його виробництва застосовувалися більш високі температури, ніж для обпалювання глини. Якщо для найпростіших керамічних виробів вистачало лише глини, то для скла необхідно як мінімум три компоненти.

Для скловаріння використовують лише найчистіші різновиди кварцевого піску, у яких загальна кількість забруднень не перевищує 2 —3 %. Особливо небажаною є наявність Fe, що навіть у незначних кількостях (десяті частки %) надає склу зеленуватого кольору. Якщо до піску додати соду (Na₂C0₃), то зварити скло можна буде і при температурі на 200—300 °С нижчій. Такий сплав виявиться менш в'язким (пухирці легше видаляються при варінні, а вироби легше формуються). Але таке скло є розчинним у воді, а вироби з нього піддаються руйнуванню під впливом атмосферних явищ. Для надання склу нерозчинності до його складу вводять третій компонент — вапно, вапняк, крейду — усі вони мають одну хімічну формулу — СаСО₃

Скло, вихідними компонентами якого є кварцевий пісок, сода та вапно, називають натрієво-кальцієвим. Воно становить близько 90 % одержуваного у світі скла. При варінні карбонати Натрію і Кальцію розкладаються відповідно до рівняння:

СаСО₃ -» СаО + С0₂

У результаті до складу скла входять оксиди Si0₂, Na₂0 і СаО. Вони утворюють складні сполуки— силікати, які є натрієвими й кальцієвими солями кремнієвої кислоти.

До скла замість Na₂0 можна вводити К₂0, а СаО може бути замінено на MgO, PbO, ZnO, BaO. Частину кремнезему можна замінити на оксид Бору або Фосфору введенням сполук борної або фосфорної кислот. У кожному склі міститься незначна кількість глинозему (АІ₂О₃ ) шо потрапляє зі стінок скловарного посуду. Іноді його додають спеціально.

Кожен із перерахованих оксидів надає склу специфічних властивостей:

•оксид борної кислоти (B₂O₃) призводить до зниження коефіцієнта теплового розширення скла, а значить, робить його більш стійким до різких змін температури;

•РЬ значно збільшує показник заломлення скла;

• оксиди лужних металічних елементів збільшують розчинність скла у воді, тому для виготовлення хімічного посуду використовують скло з малим їх умістом.

У таблиці подано склад (у %) деяких типових видів промислового скла.

Таблиця

Склад типових видів промислового скла, %

Зафарбовування скла здійснюють 2-ма способами:

• утворенням колоїдних часток певних елементів;

— золото та мідь при колоїдному розчині надають склу червоного кольору. Таке скло називають відповідно золотим та мідним рубіном;

— срібло в колоїдному стані надає склу жовтого кольору;

—гарним барвником є селен: у колоїдному стані він надає склу рожевого кольору, а у вигляді сполуки CdS-3CdSe — червоного; таке скло називають селеновим рубіном;

• уведенням до складу скла оксидів деяких металічних елементів у певних кількостях:

— кобальт(ІІ) оксид у малих кількостях дає блакитне скло, а у великих— фіолетово-синє з червоним відтінком;

— купрум(ІІ) оксид у натрієво-кальцієвому склі дає блакитний колір, а в калієво-цинковому — зелений;

— марган(ІІ) оксид у натрієво-кальцієвому склі дає червоно-фіолетове забарвлення, а в калієво-цинковому — синьо-фіолетове;

— плюмбум(ІІ) оксид підсилює колір скла і надає йому яскравих відтінків.

Пляшкове скло низького сорту, як правило, має забарвлення, яке залежить від наявності в ньому йонів Fe²⁺ і Fe³⁺.

Сировина для виготовлення скла важко очищується від Fe, тому вдешевих сортах воно завжди є присутнім:

*йони Fe²⁺ добре поглинають промені світла з довжиною хвилі приблизно 600 ммк (жовті та червоні) і відповідно надають склу додаткового блакитного кольору;

*йони Fe³⁺ поглинають промені з довжиною хвилі 500 ммк (сині та фіолетові), надаючи склу жовтуватого кольору;

* йони Fe²⁺ мають поглинання приблизно у 10 раз більше, ніж йони Fe³⁺; оскільки у склі одночасно містяться йони як Fe²⁺ так і Fe³⁺, то вони і надають склу зеленуватого (пляшкового) кольору.