زجاج الصودا والجير
زجاج الصودا والجير ، ويُسمى أيضاً زجاج الصودا والجير والسيليكا ، هو الزجاج الشفاف المستخدم في صناعة النوافذ والأوعية الزجاجية (الزجاجات والجرار) للمشروبات والأطعمة وبعض السلع. وهو النوع الأكثر شيوعاً من الزجاج المُصنّع. تُصنع بعض أواني الخبز الزجاجية من زجاج الصودا والجير، على عكس زجاج البوروسيليكات الأكثر شيوعاً والمقاوم للحرارة . [ 1 ] يُشكّل زجاج الصودا والجير حوالي 90% من الزجاج المُصنّع. [ 2 ] [ 3 ]
إنتاج
تتألف عملية تصنيع زجاج الصودا والجير من صهر المواد الخام، وهي السيليكا ، والصودا ( Na₂O ) ، والجير المطفأ ( Ca(OH) ₂ ) ، والدولوميت ( CaMg(CO₃ ) ₂ ) (الذي يوفر أكسيد المغنيسيوم)، وأكسيد الألومنيوم؛ بالإضافة إلى كميات صغيرة من عوامل الترويق (مثل كبريتات الصوديوم (Na₂SO₄ ) ، وكلوريد الصوديوم (NaCl)، وغيرها ) في فرن زجاجي عند درجات حرارة تصل محليًا إلى 1675 درجة مئوية. [ 4 ] تعمل الصودا والجير كعامل مساعد على الصهر ، مما يخفض درجة انصهار السيليكا (1580 درجة مئوية ) ويجعل الخليط أكثر ليونة عند تسخينه، بدءًا من 700 درجة مئوية. وتعتمد درجة الحرارة فقط على جودة مادة بناء الفرن وتركيب الزجاج. وعادةً ما تُستخدم معادن رخيصة نسبيًا مثل الترونا والرمل والفلسبار بدلًا من المواد الكيميائية النقية. تُصنع الزجاجات الخضراء والبنية من مواد خام تحتوي على أكسيد الحديد . ويُطلق على مزيج المواد الخام اسم الدفعة .
التطبيقات
ينقسم زجاج الصودا والجير تقنيًا إلى نوعين: زجاج النوافذ، ويُسمى الزجاج المسطح ، وزجاج الحاويات، ويُسمى زجاج الحاويات . يختلف النوعان في الاستخدام، وطريقة الإنتاج ( التشكيل بالطفو للنوافذ، والنفخ والضغط للحاويات)، والتركيب الكيميائي. يحتوي الزجاج المسطح على نسبة أعلى من أكسيد المغنيسيوم وأكسيد الصوديوم مقارنةً بزجاج الحاويات، ونسبة أقل من السيليكا وأكسيد الكالسيوم وأكسيد الألومنيوم . [ 5 ] وبفضل انخفاض نسبة الأيونات شديدة الذوبان في الماء (الصوديوم والمغنيسيوم) في زجاج الحاويات، يتمتع الزجاج بمتانة كيميائية أعلى قليلاً ضد الماء، وهو أمر ضروري خاصةً لتخزين المشروبات والأطعمة.
التركيبات والخصائص النموذجية
يُعدّ زجاج الصودا والجير رخيصًا نسبيًا، ومستقرًا كيميائيًا، وصلبًا إلى حدٍّ معقول، وسهل التشكيل للغاية. ونظرًا لإمكانية إعادة تليينه وصهره مرات عديدة، فهو مثالي لإعادة تدوير الزجاج . [ 6 ] [ 7 ] ويُستخدم بدلًا من السيليكا النقية كيميائيًا (SiO2 ) ، المعروفة أيضًا باسم الكوارتز المنصهر . فبينما تتمتع السيليكا النقية بمقاومة ممتازة للصدمات الحرارية ، إذ يمكنها البقاء مغمورة في الماء وهي ساخنة جدًا، إلا أن درجة انصهارها العالية (1723 درجة مئوية ) ولزوجتها تجعلانها صعبة التشكيل. [ 8 ] ولذلك، تُضاف مواد أخرى لتسهيل عملية التصنيع. إحدى هذه المواد هي "الصودا"، أو أكسيد الصوديوم (Na2O ) ، الذي يُضاف على شكل كربونات الصوديوم أو مواد أولية مشابهة. تُخفّض الصودا درجة حرارة التحول الزجاجي. ومع ذلك، تجعل الصودا الزجاج قابلًا للذوبان في الماء ، وهو أمر غير مرغوب فيه عادةً. ولتحسين المتانة الكيميائية، يُضاف " الجير " أيضًا. هذا هو أكسيد الكالسيوم (CaO)، الذي يُستخرج عادةً من الحجر الجيري . بالإضافة إلى ذلك، يُساهم أكسيد المغنيسيوم (MgO) والألومينا، وهو أكسيد الألومنيوم ( Al₂O₃ )، في متانة الزجاج. ويحتوي الزجاج الناتج على ما يقارب 70 إلى 74% من السيليكا وزناً.
يزداد لزوجة زجاج الصودا والجير تدريجيًا مع انخفاض درجة الحرارة، مما يسمح بإجراء عمليات بدقة متزايدة باستمرار. يسهل تشكيل هذا الزجاج إلى أجسام عندما تبلغ لزوجته 10⁴ بويز ، والتي تصل عادةً إلى حوالي 900 درجة مئوية. يصبح الزجاج أكثر ليونة ويخضع لتشوه تدريجي عندما تقل لزوجته عن 10⁸ بويز ، عند حوالي 700 درجة مئوية. على الرغم من أنه يبدو متصلبًا، إلا أنه يمكن تلدين زجاج الصودا والجير لإزالة الإجهادات الداخلية في غضون 15 دقيقة تقريبًا عند لزوجة 10¹⁴ بويز، عند حوالي 500 درجة مئوية. العلاقة بين اللزوجة ودرجة الحرارة لوغاريتمية إلى حد كبير، مع معادلة أرهينيوس التي تعتمد بشدة على تركيب الزجاج، ولكن طاقة التنشيط تزداد عند درجات الحرارة المرتفعة. [ 9 ]
يُبين الجدول التالي بعض الخصائص الفيزيائية لزجاج الصودا والجير. ما لم يُذكر خلاف ذلك، فإن تركيبات الزجاج والعديد من الخصائص المُحددة تجريبيًا مأخوذة من دراسة واحدة واسعة النطاق. [ 5 ] أما القيم المكتوبة بخط مائل فقد تم استنتاجها من تركيبات زجاجية مماثلة (انظر حساب خصائص الزجاج ) نظرًا لقلة البيانات التجريبية.
| ملكيات | عبوة زجاجية | زجاج مسطح | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| التركيب الكيميائي ، نسبة مئوية وزنية |
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| اللزوجة log(η, dPa·s or poise) = A + B / ( T in °C − T 0 ) |
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| درجة حرارة التحول الزجاجي ، Tg | 573 درجة مئوية (1063 درجة فهرنهايت) | 564 درجة مئوية (1047 درجة فهرنهايت) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| معامل التمدد الحراري ، جزء في المليون/كلفن، ~ 100-300 درجة مئوية (212-572 درجة فهرنهايت) | 9 | 9.5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| الكثافة عند 20 درجة مئوية (68 درجة فهرنهايت) ، جم/ سم³ | 2.52 | 2.53 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| معامل الانكسار n D عند 20 درجة مئوية (68 درجة فهرنهايت) | 1.518 | 1.520 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| التشتت عند 20 درجة مئوية (68 درجة فهرنهايت) ، 10 4 × ( n F − n C ) | 86.7 | 87.7 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| معامل يونغ عند 20 درجة مئوية (68 درجة فهرنهايت) ، جيجا باسكال | 72 | 74 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| معامل القص عند 20 درجة مئوية (68 درجة فهرنهايت) ، جيجا باسكال | 29.8 | 29.8 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| درجة حرارة السيولة | 1040 درجة مئوية (1900 درجة فهرنهايت) | 1000 درجة مئوية (1830 درجة فهرنهايت) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| السعة الحرارية عند 20 درجة مئوية (68 درجة فهرنهايت) ، جول/(مول·كلفن) | 49 | 48 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| التوتر السطحي ، عند درجة حرارة 1300 درجة مئوية (2370 درجة فهرنهايت) ، ملي جول/ م² | 315 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| المتانة الكيميائية ، فئة التحلل المائي ، وفقًا للمعيار ISO 719 [ 10 ] | 3 | 3...4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| معامل شدة الإجهاد الحرج ، [ 11 ] (K IC )، 0.5 ميجا باسكال متر | ؟ | 0.75 |
- معامل الارتداد (الكرة الزجاجية مقابل الجدار الزجاجي): 0.97 ± 0.01 [ 12 ]
- الموصلية الحرارية : 0.7–1.3 واط/(م·ك) [ 13 ]
- الصلابة (مقياس موس) : 6 [ 14 ]
- صلابة كنوب : 585 كجم/مم² + 20
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ إستس، آدم كلارك (16 مارس 2019). "الجدل الدائر حول زجاج بايركس الذي لا ينتهي" . جيزمودو . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 مارس 2019 .
- ↑ "زجاج البوروسيليكات مقابل زجاج الصودا والجير؟ - أخبار رايوتيك" . rayotek.com . مؤرشف من الأصل بتاريخ 23 أبريل 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 أبريل 2017 .
- ↑ روبرتسون، جوردون ل. (22 سبتمبر 2005). تغليف المواد الغذائية: المبادئ والتطبيق (الطبعة الثانية ). مطبعة سي آر سي. رقم ISBN 978-0-8493-3775-8تمت أرشفة هذا النص من المصدر الأصلي في 2 ديسمبر 2017.
- ↑ BHWS de Jong، "الزجاج"؛ في "موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية"؛ الطبعة الخامسة، المجلد A12، دار نشر VCH، فاينهايم، ألمانيا، 1989، ISBN 978-3-527-20112-9، الصفحات 365-432.
- 1 2 "قاعدة بيانات خصائص انصهار الزجاج عند درجات الحرارة العالية لنمذجة العمليات"؛ المحررون: توماس ب. سيوارد الثالث وتيريز فاسكوت؛ الجمعية الأمريكية للخزف، ويسترفيل، أوهايو، 2005، ISBN 1-57498-225-7
- ↑ "كربونات الكالسيوم - صناعة الزجاج" . congcal.com . congcal. 28 يونيو 2012. تم الاطلاع عليه في 5 أغسطس 2013 .
- ↑ جيراس، كاتي س.؛ ماورو، جون س. (2024). "توصيف زجاجات سيليكات الصودا والجير لدعم جهود إعادة التدوير" . المجلة الدولية لهندسة وعلوم السيراميك . 6 (3) e10217. doi : 10.1002/ces2.10217 .
- ↑ غرينوود، نورمان ن.؛ إيرنشو، آلان (1997). كيمياء العناصر ( الطبعة الثانية). باتروورث-هاينمان. doi : 10.1016/C2009-0-30414-6 . ISBN 978-0-08-037941-8.
- ↑ توماس هـ. ساندرز الابن "سلوك لزوجة الزجاج الأكسيدي" . كورسيرا.
- ↑ "ISO 719:1985 - الزجاج - مقاومة حبيبات الزجاج للتحلل المائي عند 98 درجة مئوية - طريقة الاختبار والتصنيف" . iso.org .
- ↑ ويدرهورن، إس إم (1969). "طاقة إجهاد الكسر في الزجاج". مجلة الجمعية الأمريكية للخزف . 52 (2): 99-105 . doi : 10.1111/j.1151-2916.1969.tb13350.x .
- ↑ غوندريت، ب.؛ م. لانس؛ ل. بيتي (2002). "حركة ارتداد الجسيمات الكروية في السوائل" . فيزياء السوائل . 14 (2): 643-652 . doi : 10.1063/1.1427920 .
- ^ يانسن، LPBM، Warmoeskerken، MMCG، 2006. رفيق بيانات ظواهر النقل . دلفت: VVSD.
- ↑ "خصائص مادة زجاج الصودا والجير (الزجاج المصقول) :: MakeItFrom.com" . makeitfrom.com .
- تركيبات زجاجية
- مواد شفافة