Tipos e propriedades do vidro. Propriedades físicas do vidro

“Vidro refere-se a todos os corpos amorfos obtidos pelo super-resfriamento de um fundido, independente de sua composição química e faixa de temperatura de solidificação e possuindo, como resultado do aumento gradativo da viscosidade, as propriedades mecânicas dos sólidos e o processo de transição de um líquido para um estado vítreo deve ser reversível.” Esta definição de vidro, dada pela Comissão de Terminologia da Academia de Ciências da URSS, abrange as propriedades mais características inerentes a qualquer sistema vítreo.

O estado vítreo é caracterizado pela presença de pequenas áreas de uma estrutura ordenada regular, ausência de uma rede espacial regular, propriedades isotrópicas e ausência de um ponto de fusão específico.

O vidro de construção contém (%): 75-80% SiO 2, 10-15% CaO, cerca de 15% Na 2 O.

A resistência química do vidro depende da sua composição; os vidros de silicato mais resistentes são aqueles que contêm poucos óxidos alcalinos. Ao substituir o Na 2 O por óxidos di, tri e tetravalentes, a resistência química do vidro aumenta.

As principais propriedades ópticas do vidro são: transmitância da luz (transparência), refração da luz, reflexão, dispersão, etc. O vidro de silicato convencional transmite bem toda a parte visível do espectro e praticamente não transmite os raios ultravioleta e infravermelho. Ao alterar a composição química do vidro e sua cor, a transmissão de luz do vidro pode ser ajustada. O índice de refração do vidro de construção (1,46-1,53) determina a transmissão da luz em diferentes ângulos de incidência da luz. Assim, quando o ângulo de incidência da luz muda de 0° (perpendicular ao plano do vidro) para 75°, a transmitância luminosa do vidro diminui de 92 para 50%.

A densidade do vidro comum é de 2.500 kg/m³, a maior densidade é o vidro com alto teor de óxido de chumbo (pederneiras pesadas) - até 6.000 kg/m³. O módulo de elasticidade do vidro varia de 48.000 a 83.000 MPa, para o vidro de quartzo - 71.400 MPa. A presença dos óxidos CaO e B2O3 (até 12%) aumenta o módulo de elasticidade.

O vidro tem alta resistência à compressão de 700-1000 MPa e baixa resistência de -35-85 MPa. A resistência do vidro temperado é de 3 a 4, às vezes 10 a 15 vezes maior que a do vidro recozido.

A dureza dos vidros de silicato comuns é de 5 a 7 na escala de Mohs. O vidro de quartzo, assim como os vidros de borosilicato com baixo teor alcalino, apresentam grande dureza.

O vidro não resiste bem ao impacto, ou seja, é frágil: a resistência à flexão por impacto é de cerca de 0,2 MPa. Para amostras de vidro temperado é 5 a 7 vezes maior do que para amostras recozidas. A presença de anidrido bórico e óxido de magnésio no vidro aumenta a resistência ao impacto do vidro.

A capacidade térmica dos vidros é determinada pela sua composição química. À temperatura ambiente, os valores de capacidade térmica variam de 0,63 a 1,05 kJ/(kg °C).

A expansão térmica dos vidros também é afetada pela composição química. O coeficiente de expansão térmica mais baixo para vidro de quartzo é 5,8 · 10 -7 1/°С, para vidros de construção comuns - 9 · 10 -6 -15 · 10 -6 1/°С.

A condutividade térmica do vidro comum em temperaturas de até 100°C é de 0,4-0,82 W/(m°C). O vidro de quartzo tem a maior condutividade térmica - 1.340 W/(m °C). O vidro contendo grande quantidade de óxidos alcalinos apresenta baixa condutividade térmica. Os vidros de borosilicato têm alta resistência ao calor; o vidro de quartzo é o mais resistente ao calor.

A condutividade elétrica dos vidros muda com a temperatura. O conteúdo de óxido de lítio neles tem maior influência na condutividade elétrica; Quanto mais estiver no vidro, maior será a condutividade elétrica. A condutividade elétrica do vidro é reduzida por óxidos de metais divalentes (principalmente BaO), bem como SiO 2 e B 2 O 3. A condutividade superficial do vidro, causada pela película formada na superfície do vidro como resultado da hidrólise dos silicatos, deve ser levada em consideração. Este filme absorve uma quantidade significativa de umidade e provoca aumento da atividade do vidro.

O vidro pode ser usinado: pode ser serrado com serras circulares diamantadas, retificado com fresas Pobedit, cortado com diamante, retificado e polido. No estado plástico, a uma temperatura de 800-1000°C, o vidro pode ser moldado. Pode ser soprado, transformado em folhas, tubos, fibras ou soldado.

A Comissão de Terminologia da Academia de Ciências da URSS deu a seguinte definição de vidro:

“Vidro refere-se a todos os corpos amorfos obtidos pelo super-resfriamento de um fundido, independente da composição química e faixa de temperatura de solidificação e possuindo, como resultado do aumento gradativo da viscosidade, as propriedades mecânicas dos sólidos, e o processo de transição de um líquido para um estado vítreo deve ser reversível.”

Vidro é considerado um termo técnico em contraste com o termo científico "estado vítreo". Pode haver bolhas e pequenos cristais no copo. Num material feito de uma substância vítrea, um grande número de pequenos cristais pode até ser especialmente formado, tornando o material opaco ou dando-lhe uma cor diferente. Este material é chamado de vidro leitoso, vidro pintado, etc.

Os conceitos modernos distinguem entre os termos “vidro” e “estado vítreo”. "Vidro": "Uma substância sólida e não cristalina formada pelo resfriamento de um líquido a uma taxa suficiente para evitar a cristalização durante o resfriamento." N. V. Solomin, “o vidro é um material que consiste principalmente de uma substância vítrea”.

Todas as substâncias em estado vítreo possuem várias características físico-químicas comuns. Corpos vítreos típicos:

1. isótopos, ou seja, suas propriedades são iguais em todas as direções;

2. quando aquecidos, eles não derretem como os cristais, mas amolecem gradualmente, passando de frágeis a viscosos, altamente viscosos e para um estado líquido-gotas;

3. fundem-se e endurecem de forma reversível, recuperando as suas propriedades originais.

A reversibilidade das prensas e das propriedades indica que os fundidos formadores de vidro e o vidro solidificado são verdadeiras soluções. A transição de uma substância do estado líquido para o sólido à medida que a temperatura diminui pode ocorrer de duas maneiras: a substância cristaliza ou solidifica na forma de vidro.

Quase todas as substâncias podem seguir o primeiro caminho. Porém, o caminho de cristalização é comum apenas para aquelas substâncias que, estando no estado líquido, apresentam baixa viscosidade e cuja viscosidade aumenta de forma relativamente lenta, até o momento da cristalização.

O segundo grupo depende decisivamente da concentração de álcalis ou da concentração de quaisquer outros componentes selecionados. Sua dependência da composição afeta: viscosidade, condutividade elétrica, taxa de difusão de íons, perdas dielétricas, resistência química, transmissão de luz, dureza, tensão superficial.

Propriedades físicas do vidro

A densidade dos vidros comuns de silicato de sódio e potássio, incluindo vidros de janela, varia de 2.500 a 2.600 kg/m3. Quando a temperatura aumenta de 20 para 1300°C, a densidade da maioria dos vidros diminui em 6-12%, ou seja, em 100°C a densidade diminui em 15 kg/m3. A resistência à compressão do vidro recozido convencional é de 500-2.000 MPa, a do vidro de janela é de 900-1.000 MPa.

A dureza do vidro depende da sua composição química. O vidro tem durezas diferentes, variando de 4.000 a 10.000 MPa. O vidro de quartzo é o mais duro, com o aumento do teor de óxidos alcalinos, a dureza do vidro diminui.

Fragilidade. O vidro, junto com o diamante e o quartzo, é um material idealmente frágil. Como a fragilidade se manifesta mais claramente no impacto, ela é caracterizada pela resistência ao impacto. A resistência ao impacto do vidro depende da viscosidade específica.

Condutividade térmica. Os vidros de quartzo têm a maior condutividade térmica. O vidro de janela comum tem 0,97 W/(mK). Com o aumento da temperatura, a condutividade térmica aumenta; a condutividade térmica depende da composição química do vidro.

A alta transparência dos vidros óxidos os tornou indispensáveis ​​para envidraçamento de edifícios, espelhos e dispositivos ópticos, incluindo equipamentos de laser, televisão, cinema e fotografia, e assim por diante. Para a construção de chapas de vidro, vidros de janela, vidros de lojas, é necessário levar em consideração que o coeficiente de transmissão de luz depende diretamente da capacidade reflexiva da superfície do vidro e de sua capacidade de absorção. Teoricamente, mesmo o vidro ideal, que não absorve luz, não pode transmitir mais de 92% da luz.

Propriedades ópticas do vidro: índice de refração - a capacidade do vidro de refratar a luz que incide sobre ele. Para a produção de corantes cerâmicos, o índice de refração é muito importante. Ele determina a intensidade com que o produto cerâmico refletirá a luz e sua aparência.

Propriedades mecânicas: elasticidade é a propriedade de um corpo sólido de restaurar sua forma original após a remoção da carga. A elasticidade é caracterizada por quantidades como o módulo de elasticidade normal, que determina a magnitude das tensões que surgem sob a influência da carga durante a tensão (compressão).

Fricção interna: Os sistemas vítreos têm a capacidade de absorver vibrações mecânicas, em particular sonoras e ultrassônicas. O amortecimento das vibrações depende da composição das heterogeneidades do vidro.

As propriedades térmicas dos sistemas de silicato são as propriedades mais importantes tanto no estudo como na fabricação de produtos cerâmicos e de vidro.

Capacidade térmica específica: - determinada pela quantidade de calor Q necessária para aquecer uma unidade de massa de vidro em 1°C.

Resistência química - resistência a diversos ambientes agressivos - uma das propriedades muito importantes do vidro é importante para a medicina. O vidro temperado quebra 1,5 a 2 vezes mais rápido que o vidro bem recozido. Na construção moderna, vidros especiais com propriedades de proteção solar e térmica são utilizados para janelas, portas e outras aberturas. Para esses vidros, a natureza espectral do fluxo luminoso que passa pela clarificação e a avaliação do tom da cor são importantes. Com base nestas características, é selecionado um tipo específico de vidro, bem como a determinação das propriedades térmicas e luminosas, o seu impacto nas condições de trabalho, na conceção de edifícios e estruturas.

Os vidros de silicato distinguem-se por uma combinação incomum de propriedades, transparência, impermeabilidade absoluta e resistência química universal. Tudo isso é explicado pela composição e estrutura específicas do vidro.

Densidade vidro depende da composição química e para vidros de construção comuns é de 2.400...2.600 kg/m 3. A densidade do vidro da janela é de 2.550 kg/m3. O vidro que contém óxido de chumbo (“cristal da Boêmia”) é altamente denso - mais de 3.000 kg/m3. A porosidade e a absorção de água do vidro são de quase 0%.

Propriedades mecânicas. O vidro nas estruturas de edifícios está mais frequentemente sujeito a flexão, estiramento e impacto e menos frequentemente à compressão, pelo que os principais indicadores que determinam as suas propriedades mecânicas devem ser considerados a resistência à tracção e a fragilidade.

Teórico resistência à tração do vidro - (10...12) 10 3 MPa. Na prática, esse valor é 200...300 vezes menor e varia de 30 a 60 MPa. Isto é explicado pelo fato de o vidro conter áreas enfraquecidas (micro-hemogeneidades, defeitos superficiais, tensões internas). Quanto maior o tamanho dos produtos de vidro, maior a probabilidade da presença de tais áreas. Um exemplo da dependência da resistência do vidro no tamanho do produto testado é a fibra de vidro. A fibra de vidro com diâmetro de 1...10 mícrons tem uma resistência à tração de 300...500 MPa, ou seja, quase 10 vezes maior que a da folha de vidro. Arranhões reduzem bastante a resistência à tração do vidro; É nisso que se baseia o corte de vidro com diamante.

Resistência à compressão do vidro alto - 900...1000 MPa, ou seja, quase como aço e ferro fundido. Na faixa de temperatura de -50 a +70°C, a resistência do vidro permanece praticamente inalterada.

O vidro em temperaturas normais se distingue pelo fato de não apresentar deformação plástica. Quando carregado, obedece à lei de Hooke até a fratura frágil. Módulo elásticovidro E =(7...7,5) 10 4 MPa.

Fragilidade - a principal desvantagem do vidro. O principal indicador de fragilidade é a relação entre o módulo de elasticidade e a resistência à tração E/R pág. Para vidro é 1300...1500 (para aço 400...460, borracha 0,4...0,6). Além disso, a uniformidade da estrutura (homogeneidade) do vidro promove o desenvolvimento desimpedido de fissuras, condição necessária para a manifestação de fragilidade.

Dureza do vidro que é uma substância de composição química semelhante aos feldspatos, iguais às desses minerais, e, dependendo da composição química, está na faixa de 5...7 na escala de Mohs.

Propriedades ópticas os vidros são caracterizados por transmissão de luz, transparência), refração de luz, reflexão, dispersão, etc. Os vidros de silicato convencionais, exceto os especiais (veja abaixo), transmitem toda a parte visível do espectro (até 88...92%) e praticamente não transmitem raios ultravioleta e infravermelho. Índice de refração do vidro de construção (P= 1,50...1,52) determina a intensidade da luz refletida e a transmissão luminosa do vidro em diferentes ângulos de incidência da luz. Quando o ângulo de incidência da luz muda de 0 a 75°, a transmitância luminosa do vidro diminui de 90 a 50%.

Condutividade térmica de vários tipos de vidro depende pouco de sua composição e equivale a 0,6...0,8 W/(m K), o que é quase 10 vezes menor que o de minerais cristalinos semelhantes. Por exemplo, a condutividade térmica de um cristal de quartzo é 7,2 W/(m·K).

Coeficiente de expansão térmica linear (CLTE) de vidro é relativamente pequeno (para vidro comum 9 10 -6 K -1). Porém, devido à baixa condutividade térmica e ao alto módulo de elasticidade, as tensões que se desenvolvem no vidro durante o aquecimento (ou resfriamento) unilateral repentino podem atingir valores que levam à destruição do vidro. Isto explica o relativamente pequeno resistência ao calor(capacidade de resistir a mudanças bruscas de temperatura) de vidro comum. Está entre 70...90°C.

Capacidade de isolamento acústico o vidro é bastante alto. O vidro com 1 cm de espessura em termos de isolamento acústico corresponde aproximadamente a uma parede de tijolo de meio tijolo - 12 cm.

Resistência química o vidro de silicato é uma de suas propriedades mais exclusivas. O vidro resiste bem à ação da água, álcalis e ácidos (com exceção do fluorídrico e fosfórico). Isso se explica pelo fato de que, sob a ação da água e de soluções aquosas, os íons Na + e Ca ++ são removidos da camada externa do vidro e se forma um filme quimicamente resistente enriquecido com SiO 2. Este filme protege o vidro de futuras destruições.

Vidro refere-se a todos os corpos amorfos obtidos por fundidos super-resfriados, independentemente de sua composição química e faixa de temperatura de solidificação, que, em decorrência do aumento gradativo da viscosidade, possuem as propriedades mecânicas dos sólidos, e o processo de transição de um líquido para um estado vítreo deve ser reversível. Os sinais do estado vítreo de uma substância são a ausência de um ponto de fusão claramente definido, homogeneidade e isotropia. Muitas substâncias podem ser obtidas no estado vítreo.

O vidro é capaz de formar os óxidos formadores de vidro Si02, P205 e B203 sem quaisquer aditivos. Porém, na maioria dos casos, a matéria-prima para a produção do vidro é uma mistura multicomponente contendo, além do óxido formador de vidro, diversos aditivos.

Na construção, é utilizado quase exclusivamente vidro de silicato, cujo principal componente é o dióxido de silício Si02.

O vidro não é uma substância com uma composição química específica que possa ser expressa por uma fórmula química, portanto a composição do vidro é convencionalmente expressa como a soma dos óxidos. A composição dos vidros de construção, dependendo do tipo e finalidade, contém óxidos (em % em peso): Si02 - 64-73,4; Na203 - 10-15,5; K20 - 0-5; CaO - 2,5-26,5; MgO - 0-4,5; A1203 - 0-7,2; Fe203 - 0-0,4; S03 - 0-0,5; B203 - 0-5.

Cada um dos óxidos desempenha um papel no processo de fusão para formar as propriedades do vidro. O óxido de sódio acelera o processo de cozimento, diminuindo o ponto de fusão, mas reduz a resistência química do vidro. O óxido de potássio adiciona brilho e melhora a transmissão da luz. O óxido de cálcio aumenta a resistência química do vidro. O óxido de alumínio aumenta a resistência, resistência térmica e química do vidro. O óxido de boro aumenta a taxa de fusão do vidro. Para obter vidro óptico e cristal, é introduzido óxido de chumbo na carga, o que aumenta o índice de refração.

Matérias-primas para produção de vidro

As matérias-primas para a produção de vidro são divididas em básicas e auxiliares.

Os principais incluem matérias-primas minerais e alguns produtos industriais: areia de quartzo, soda, dolomita, calcário, potássio, sulfato de sódio. Além disso, recentemente, resíduos de diversas indústrias tornaram-se amplamente utilizados - escória de alto forno, materiais contendo quartzo, tetraborita de cálcio, casco, etc.

As matérias-primas minerais, via de regra, apresentam grande quantidade de impurezas e composição inconsistente. As impurezas são convencionalmente divididas em dois grupos:

deterioração das qualidades do vidro fundido (óxidos de ferro, cromo, titânio, manganês, vanádio);

correspondendo aos principais componentes da composição do vidro (óxidos de alumínio, cálcio, magnésio, potássio, sódio).

As impurezas do primeiro grupo conferem ao vidro uma cor indesejável e também podem levar à formação de defeitos no vidro em forma de inclusões. As impurezas do segundo grupo são geralmente levadas em consideração no cálculo da receita do lote.

Matérias-primas auxiliares (clarificadores, opacificantes, corantes, etc.) são introduzidas na carga para acelerar a fusão do vidro e dar-lhe as propriedades necessárias.

Os clarificadores (sulfatos de sódio e alumínio, nitrato de potássio, anidrido arsênico) ajudam a remover bolhas de gás do vidro fundido.

Silenciadores (criolita, espatoflúor, superfosfato duplo) tornam o vidro opaco.

Os corantes dão ao vidro uma determinada cor - compostos: cobalto - azul, cromo - verde, manganês - roxo, ferro - tons marrons e azul esverdeados, etc.

Noções básicas de fabricação de vidro

A produção de vidro para construção consiste nas seguintes operações principais: processamento de matérias-primas; preparação da carga, fusão do vidro, moldagem dos produtos e seu recozimento.

O processamento inclui a trituração e moagem dos materiais que entram na planta em pedaços (dolomita, calcário, carvão), secagem dos materiais úmidos (areia, dolomita, calcário), peneiração de todos os componentes em peneiras de determinado tamanho.

A preparação da carga inclui as operações de média, dosagem e mistura. A carga é considerada de alta qualidade se o seu desvio da composição especificada não exceder 1%.

A fusão do vidro é realizada em fornos especiais de fusão de vidro de operação contínua (fornos de banho) ou periódica (fornos de panela). Quando a carga é aquecida a 1100-1150 °C, formam-se silicatos, primeiro na forma sólida e depois na forma fundida. Com um novo aumento de temperatura, os componentes mais refratários Si02 e Al203 dissolvem-se completamente neste fundido e forma-se uma massa de vidro. Essa massa tem composição heterogênea e está tão saturada de bolhas de gás que é chamada de espuma de cozinha. Para clarificação e homogeneização, a temperatura do vidro fundido é aumentada para 1500-1600 °C. Neste caso, a viscosidade do fundido diminui, facilitando a remoção das inclusões gasosas e a obtenção de um fundido homogêneo. A fusão do vidro é completada pelo resfriamento (resfriamento) da massa de vidro a uma temperatura na qual ela adquire a viscosidade necessária para a produção de produtos de vidro.

Os produtos são formados por vários métodos: trefilação, fundição, laminação, prensagem e sopro. A folha de vidro é formada puxando vertical ou horizontalmente uma tira do fundido (Fig. 6.1), por laminação ou pelo método de tira flutuante (método float). O método de trefilação é usado para produzir vidro com espessura de 2 a 6 mm. A fita é puxada do vidro fundido pelos rolos giratórios da máquina através de um barco (uma viga refratária com fenda longitudinal) ou da superfície livre do vidro fundido (método sem barco).

O método float é o mais avançado e altamente produtivo de todos os métodos conhecidos atualmente. Permite obter vidro com elevada qualidade superficial. Uma característica do método é que o processo de formação de uma tira de vidro ocorre na superfície do estanho fundido como resultado do espalhamento do vidro fundido. As superfícies da folha de vidro são lisas e lisas e não requerem polimento adicional.

O recozimento é uma operação obrigatória na fabricação dos produtos. Durante o resfriamento rápido para fixar a forma dos produtos, surgem neles grandes tensões internas, que podem até levar à destruição espontânea dos produtos de vidro.

Têmpera - esta operação é usada para obter vidro com resistência à compressão 4-6 vezes maior e resistência à flexão 5-8 vezes maior em comparação com o vidro comum. O revenimento é realizado levando o vidro a um estado plástico e depois resfriando bruscamente a superfície.

O processamento final dos produtos inclui lixamento, polimento e processamento decorativo.

Estrutura e propriedades de vidro e produtos de vidro

Durante a produção do vidro e principalmente na fase de seu resfriamento, surge uma estrutura que pode ser caracterizada como intermediária entre a desordem completa das partículas do líquido fundido e o ordenamento completo das partículas da substância em
estado cristalino. No vidro, observa-se apenas uma ordem de curto alcance no arranjo das partículas, o que determina a isotropia de suas propriedades.

A densidade do vidro de silicato de construção comum é de 2 g/cm3. Dependendo do conteúdo de vários aditivos, os vidros para fins especiais têm uma densidade de 2,2 a 6,0 g/cm3.

A densidade dos produtos de vidro com isolamento térmico varia na faixa de 15-600 kg/m3.

Resistência e deformabilidade do vidro. A resistência à tração teórica calculada do vidro é de 12.000 MPa, técnica - 30-90 MPa, o que é explicado pela presença de micro-inomogeneidades, micro-fissuras, tensões internas, inclusões estranhas, etc. pode ser 600-1000 MPa ou mais. A resistência à tração das fibras de vidro com diâmetro de 4-10 mícrons atinge 1.000-4.000 MPa. O módulo de elasticidade de vidros de diversas composições varia de (4,5-9,8)-104 MPa. O vidro não apresenta deformação plástica.

A fragilidade é a principal desvantagem do vidro, que não resiste bem aos impactos. A resistência do vidro comum durante a flexão por impacto é de apenas 0,2 MPa.

As propriedades ópticas dos vidros são suas propriedades importantes e são caracterizadas pela transmitância da luz (transparência), refração da luz, reflexão e dispersão. Os vidros convencionais de silicato transmitem toda a parte visível do espectro e praticamente não transmitem os raios ultravioleta e infravermelho. O coeficiente de transmissão de luz direcional do vidro chega a 0,89.

A condutividade térmica do vidro varia dependendo da composição na faixa de 0,5-1,0 W/(m °C). A condutividade térmica dos produtos de vidro com isolamento térmico é de 0,032-0,14 W/(m °C). Devido ao baixo coeficiente de expansão térmica (9-10'6-15* 10"6), o vidro comum tem resistência ao calor relativamente baixa.

A capacidade térmica do vidro à temperatura ambiente é de 0,63-1,05 kJ/(kg °C).

A capacidade de isolamento acústico do vidro é relativamente alta. Segundo este indicador, um vidro com 1 cm de espessura corresponde a uma parede de tijolo de meio tijolo - 12 cm.

A resistência química do vidro depende da sua composição. O vidro de silicato possui alta resistência química aos ambientes mais agressivos, com exceção dos ácidos fluorídrico e fosfórico.

Resumo sobre química

sobre o tema: "Vidro"

Introdução

Vidro ? - uma substância e material, um dos mais antigos e, pela diversidade das suas propriedades, universal na prática humana.

O nome deste material tem etimologia diferente em diferentes idiomas. Em eslavo (vidro russo, vidro bielorrusso, vidro ucraniano; vidro eslavo antigo, vidro búlgaro, vidro macedônio, vidro servo-croata, steklo esloveno; sklo tcheco, sklo eslovaco, polonês - szk ?o.

É o material mais utilizado na vida cotidiana, na construção e no transporte devido às suas qualidades únicas: transparência, dureza, resistência química a produtos químicos ativos e custo de produção relativamente baixo. Sem ele é impossível fabricar instrumentos ópticos, televisores, naves espaciais, etc. Apesar dos sucessos na criação de novos materiais de uso geral, os vidros inorgânicos, depois da pedra, do concreto e do metal, ocupam firmemente um dos principais lugares entre aqueles usado na prática.

Qual é a versatilidade do vidro?

O vidro, como você sabe, é feito de areia, cal e refrigerante. Mas por si só não se parece com cal, refrigerante ou areia.

O vidro é transparente. Metal, pedra, madeira, milhares de outras substâncias – todas são opacas à luz visível.

O vidro pode ser facilmente pintado em qualquer cor. E para isso você não precisa cobrir com tinta. Basta adicionar, por exemplo, uma pitada de cobalto, ou selênio, ou óxido de cobre à mistura. Receberemos vidro azul, vermelho e verde mediante solicitação.

O vidro dificilmente muda com o tempo. O ferro enferruja com o tempo, a madeira apodrece, a pedra vira pó.

O vidro é tão duro, tão forte que não pode ser riscado por agulha, faca ou serra. Só pode ser cortado com um diamante ou um cortador de aço superduro.

Poderíamos continuar listando as características do vidro. Mas o que foi dito é suficiente. Todos concordarão: o vidro é realmente diferente de tudo.

Físico-químico – substância inorgânica, sólida, estrutural – amorfa, isotrópica; Todos os tipos de vidro durante a formação são transformados em um estado de agregação - desde a extrema viscosidade do líquido até o chamado vítreo - durante o processo de resfriamento a uma taxa suficiente para evitar a cristalização dos fundidos obtidos pela fusão das matérias-primas (carga). A temperatura de fusão do vidro, de 300 a 2500 °C, é determinada pelos componentes desses fundidos formadores de vidro (óxidos, fluoretos, fosfatos, etc.). A transparência (para o espectro visível humano) não é uma propriedade comum a todos os tipos de vidro existentes tanto na natureza como na prática.

Tipos de vidro

Dependendo da principal substância formadora de vidro utilizada, os vidros podem ser óxidos (silicato, quartzo, germanato, fosfato, borato), flúor, sulfeto, etc.

O método básico para produzir vidro de silicato é fundir uma mistura de areia de quartzo (SiO2), soda (Na2CO3) e cal (CaO). O resultado é um complexo químico com a composição Na2O*CaO*6SiO2.

O vidro de quartzo é produzido pela fusão de matérias-primas siliciosas de alta pureza (geralmente quartzito, cristal de rocha), sua fórmula química é SiO2. O vidro de quartzo também pode ser de origem natural (ver acima - clastofulguritas), formado quando um raio atinge depósitos de areia de quartzo (fato subjacente a uma das versões históricas da origem da tecnologia).

O vidro de quartzo é caracterizado por um coeficiente de expansão térmica muito baixo e, portanto, às vezes é usado como material para peças de mecânica de precisão, cujas dimensões não devem mudar com as mudanças de temperatura. Um exemplo é o uso de vidro de quartzo em relógios de pêndulo de precisão.

Vidro óptico - utilizado na fabricação de lentes, prismas, cubetas, etc.

O vidro de laboratório químico é um vidro com alta resistência química e térmica.

Principais tipos industriais de vidro.

Como componente principal, o vidro contém 70-75% de dióxido de silício (SiO2), obtido a partir de areia de quartzo, sujeito a granulação adequada e isento de qualquer contaminação. Para isso, os venezianos utilizavam areia pura do rio Pó ou mesmo importavam-na da Ístria, enquanto os vidreiros da Boémia obtinham areia de quartzo puro.

O segundo componente, o óxido de cálcio (CaO), torna o vidro quimicamente resistente e aumenta o seu brilho. Vai para o vidro em forma de cal. Os antigos egípcios obtinham-no a partir de conchas do mar trituradas e, na Idade Média, era preparado a partir de cinzas de árvores ou algas marinhas, uma vez que o calcário ainda não era conhecido como matéria-prima para a fabricação de vidro. Os fabricantes de vidro da Boêmia foram os primeiros a misturar giz, como era então chamado o calcário, na massa de vidro no século XVII.

O próximo componente do vidro são os óxidos de metais alcalinos - sódio (Na2O) ou potássio (K2O), necessários para a fusão e fabricação do vidro. Sua participação é de aproximadamente 16-17%. Eles vão para o vidro na forma de refrigerante (Na2CO3) ou potássio (K2CO3), que se decompõem facilmente em óxidos em altas temperaturas. A soda foi obtida inicialmente pela lixiviação das cinzas das algas marinhas e, em áreas distantes do mar, utilizou-se potássio contendo potássio, obtido pela lixiviação das cinzas da faia ou das coníferas.

Existem três tipos principais de vidro:

Vidro de cal sodada (1Na2O:1CaO:6SiO2)

Vidro potássico-cal (1K2O:1CaO:6SiO2)

Vidro de potássio-chumbo (1K2O:1PbO:6SiO2)

construção de resistência de vidro

Estado vítreo e cristalino

O principal tipo de estado amorfo das substâncias na natureza é o estado vítreo. É um corpo sólido, homogêneo, frágil, mais ou menos transparente e com fratura concoidal. Em sua estrutura, o estado vítreo ocupa uma posição intermediária entre as substâncias cristalinas e as líquidas.

Normalmente, o conceito de “vidro” é definido não simplesmente como um material, mas como algum estado especial de um sólido, um estado vítreo, em oposição a um estado cristalino. Sabe-se que uma mesma substância pode ser gasosa, líquida e cristalina. Cada uma dessas condições é caracterizada por seu próprio grupo de sintomas específicos. O vidro, por outro lado, não pode ser totalmente atribuído a nenhum deles pela totalidade de suas características. Consideremos as substâncias que estão nos estados de agregação indicados do ponto de vista do arranjo relativo das partículas (átomos, íons, moléculas) que formam a substância e de sua interação entre si. Em temperaturas muito altas, muitas substâncias inorgânicas existem como gases. Em um gás, as partículas de matéria estão localizadas e se movem aleatoriamente. Em baixa pressão, como a pressão atmosférica, as interações entre as partículas são extremamente fracas. À medida que a temperatura diminui, o gás condensa-se num líquido, que cristaliza à medida que a temperatura diminui ainda mais. Nos líquidos e nos cristais, as partículas estão localizadas de forma incomparavelmente mais compacta, entre elas atuam forças significativas, que criam uma certa ordem no arranjo dos átomos ou moléculas: nos cristais é quase ideal, nos líquidos é muito menos completo. A principal característica dos cristais é que eles podem ser obtidos repetindo a célula unitária em todas as três direções. Uma célula unitária consiste em um certo número de átomos (íons, moléculas) dispostos de maneira estritamente definida entre si. Essa repetição de uma célula unitária é chamada de ordem de longo alcance. Em líquidos é impossível distinguir tal célula unitária. Para um líquido, podemos falar com segurança sobre a existência de uma ordem de curto alcance, ou seja, sobre as partículas vizinhas mais próximas que circundam a central. Assim, um líquido é caracterizado por uma ordem de curto alcance, mas não por uma ordem de longo alcance. Usaremos aqui uma definição de vidro amplamente utilizada: o vidro é o estado de uma substância amorfa que é obtido quando um líquido super-resfriado se solidifica. O vidro não está em equilíbrio em relação ao estado cristalino, que pode ser obtido com a mesma composição e sob as mesmas condições externas. A diferença entre vidro e cristais é a ausência de periodicidade na estrutura, a ausência de ordem de longo alcance na estrutura.

Todas as substâncias em estado vítreo possuem várias características físico-químicas comuns. Corpos vítreos típicos:

Isótopos, ou seja, suas propriedades são iguais em todas as direções;

Quando aquecidos, eles não derretem como os cristais, mas amolecem gradativamente, passando de frágeis a viscosos, altamente viscosos e, finalmente, ao estado líquido-gotas, e não apenas a viscosidade, mas também suas outras propriedades mudam continuamente

Eles derretem e endurecem reversivelmente. Ou seja, suportam repetidos aquecimentos até o estado fundido e, após resfriamento nas mesmas condições, adquirem novamente suas propriedades originais, a menos que ocorra cristalização ou segregação.

A reversibilidade das pressões e propriedades indica que os fundidos formadores de vidro e o vidro solidificado são soluções verdadeiras, porque a reversibilidade é um sinal de uma solução verdadeira. A definição de vidro como um líquido super-resfriado decorre do método de produção do vidro. Para transformar um sólido cristalino em um estado vítreo, ele deve ser derretido e super-resfriado novamente.

A transição de uma substância do estado líquido para o sólido à medida que a temperatura diminui pode ocorrer de duas maneiras: a substância cristaliza ou solidifica na forma de vidro. Quase todas as substâncias podem seguir o primeiro caminho. Porém, o caminho de cristalização é comum apenas para aquelas substâncias que, estando no estado líquido, apresentam baixa viscosidade e cuja viscosidade aumenta de forma relativamente lenta, até o momento da cristalização. Essas substâncias certamente incluem o óxido de bismuto, que em seu estado puro praticamente não forma vidro, de modo que a criação de sistemas formadores de vidro baseados nele tem sido uma tarefa difícil.

Comparação de conceitos composição de propriedade sistemas vítreos mostra que a maioria das propriedades, numa primeira aproximação, podem ser divididas em dois grupos - simples e complexos. O primeiro grupo inclui propriedades que dependem relativamente simples da composição molar e, portanto, passíveis de cálculo quantitativo, por exemplo: volume molar, índice de refração, dispersão média, coeficiente térmico de expansão linear, constante dielétrica, módulo de elasticidade, calor específico, condutividade térmica. O segundo grupo inclui propriedades que são muito mais sensíveis a mudanças na composição. A sua dependência da composição é complexa e muitas vezes não se presta a generalizações quantitativas. São eles: viscosidade, condutividade elétrica, taxa de difusão iônica, perdas dielétricas, resistência química, transmissão de luz, dureza, tensão superficial, capacidade de cristalização, etc. O cálculo dessas propriedades só é possível em casos especiais. As propriedades do primeiro grupo são afetadas por diferentes componentes de maneira proporcional, o que pode ser expresso por certos critérios da mesma ordem. As propriedades do segundo grupo dependem decisivamente da concentração de álcalis ou da concentração de quaisquer outros componentes selecionados.

Um grupo especial de propriedades inclui as características de resistência do vidro. O efeito da composição na resistência dos produtos de vidro, excluindo a fibra de vidro, é geralmente difícil de determinar, uma vez que outros factores devido a influências externas desempenham um papel mais importante. Listamos as propriedades mais importantes do vidro, muitas das quais serão importantes no desenvolvimento e síntese do fluxo.

) Propriedades do vidro amolecido e fundido:

Viscosidade: propriedade dos líquidos de resistir ao movimento de uma parte do líquido por outra. Fusibilidade: um valor prático que caracteriza a taxa de amolecimento do vidro e a propagação de um fundido viscoso sobre uma superfície sólida em diferentes temperaturas. A fusibilidade é uma função complexa de viscosidade, energia superficial nos limites de fase, capacidade de cristalização, temperatura de início da cristalização e densidade da composição.

Capacidade de umedecimento: a capacidade de um fundido em relação a várias superfícies sólidas de molhá-las, e é caracterizada pelo ângulo de contato de umedecimento e pelo ângulo de contato de espalhamento e escoamento.

) Volume molar e densidade.

O volume molar do vidro é igual à razão entre a composição molecular do vidro e sua densidade. Como o peso molecular do vidro depende do método de cálculo da composição do vidro, o volume molar também é um valor condicional.

) Propriedades ópticas do vidro.

Índice de refração e dispersão: a capacidade do vidro de refratar a luz incidente sobre ele é geralmente caracterizada pelo índice de refração de um raio amarelo emitido por vapor incandescente de sódio ou hélio brilhando em um tubo de Heusler. A diferença entre esses valores é insignificante, pois os comprimentos de onda são muito próximos.

Dispersão é a razão entre o índice de refração reduzido em um e a dispersão média.

Para a produção de corantes cerâmicos, o índice de refração é muito importante. Ele determina a intensidade com que o filme colorido de uma substância vítrea localizada na superfície de um produto cerâmico refletirá a luz visível, e a aparência decorativa desse produto também dependerá disso.

As propriedades magnéticas, magneto-ópticas, eletro-ópticas e elétricas estão mais relacionadas aos vidros técnicos e ópticos e, portanto, serão omitidas neste trabalho.

) Propriedades mecânicas.

Elasticidade: propriedade de um corpo sólido de restaurar sua forma original após a remoção da carga. A elasticidade é caracterizada por quantidades como o módulo de elasticidade normal, também chamado de módulo de Young, que determina a magnitude das tensões que surgem em um corpo elástico deformado sob a influência de uma carga de tração (compressão). Consequentemente, quanto maior o módulo de elasticidade, maior será a força necessária para provocar uma determinada deformação ou, por outras palavras, maiores serão as tensões que surgem no corpo para uma determinada deformação.

Fricção interna: Os sistemas vítreos, como outros corpos, têm a capacidade de absorver vibrações mecânicas, em particular sonoras e ultrassônicas. O amortecimento das vibrações depende da composição das heterogeneidades do vidro e é explicado pelo atrito interno. O atrito interno do vidro de silicato é causado por vibrações naturais da estrutura de Si-O e de certos elementos estruturais e íons entre posições de equilíbrio estáveis.

) Propriedades térmicas.

As propriedades térmicas dos sistemas de silicato são as propriedades mais importantes tanto no estudo como na fabricação de produtos cerâmicos e de vidro. As principais propriedades térmicas do vidro e dos sistemas semelhantes a vidro podem ser chamadas de expansão térmica do vidro, condutividade térmica e resistência ao calor.

Expansão térmica: estimada por coeficientes de expansão aT verdadeiros ou médios aDT (c.t.r.).

O verdadeiro aT é igual à tangente do ângulo tangente traçado à curva experimental no ponto correspondente a uma determinada temperatura.

Na prática, normalmente são utilizados coeficientes médios aDT, medidos nos intervalos 20 - 100°, 20 - 400°, 20 - Tot.

Capacidade de calor específico: - CT verdadeiro e CDT médio são determinados pela quantidade de calor Q necessária para aquecer uma unidade de massa de vidro em 1oC.

Uma medida de resistência térmica é a diferença de temperatura DT que uma amostra pode suportar durante um choque de temperatura sem destruição.

A principal influência na resistência térmica do vidro é o coeficiente de expansão térmica a.

) Resistência química

A alta resistência química a diversos ambientes agressivos é uma das propriedades muito importantes do vidro. No entanto, se considerarmos toda a gama de sistemas vítreos possíveis, então sua estabilidade química pode variar em várias ordens de grandeza - desde vidro de quartzo extremamente estável até vidro solúvel (líquido).

Vale ressaltar a complexidade do processo de destruição do vidro em líquidos agressivos. Existem dois tipos principais de fenômenos – dissolução e lixiviação.

Quando dissolvidos, os componentes do vidro dissolvem-se nas mesmas proporções em que se encontram no vidro. Muitos sistemas de vidro vítreo dissolvem-se em taxas variadas em ácido fluorídrico e em soluções concentradas de álcalis quentes.

O processo de lixiviação caracteriza o mecanismo de interação do vidro com água e ácidos, excluindo o ácido fluorídrico. Durante a lixiviação, componentes predominantemente selecionados passam para a solução - principalmente óxidos de metais alcalinos e alcalino-terrosos, resultando na formação de uma película protetora na superfície do vidro, que em sua composição é o mais próximo possível do formador de vidro .

A transição da lixiviação para a dissolução também é possível quando o vidro interage com a água ou com HCl, H2SO4, HNO3, etc. etc. se o vidro estiver excessivamente enriquecido com álcalis.

A resistência química do vidro é mais frequentemente avaliada pela perda de peso da amostra após tratamento em um ambiente agressivo por um determinado período de tempo. As perdas são expressas em mg/cm2. Um método mais indicativo é a determinação seletiva dos componentes que passaram para a solução. Neste caso, as perdas são expressas pelo número de moles de cada um dos óxidos que entraram em solução por unidade de superfície de vidro. Para caracterizar a estabilidade química do vidro em soluções sob condições de altas temperaturas e pressões, é necessário, além da perda de peso, determinar a profundidade da camada destruída e a natureza da superfície destruída

Estrutura de vidro

A definição de vidro acima, associada ao método tradicional de sua produção e às informações gerais sobre sua estrutura, levou a duas direções diferentes no desenvolvimento da teoria do estado vítreo.

A.A. Lebedev sugeriu que a estrutura do vidro é formada por cristais submicroscópicos - cristalitos localizados uns em relação aos outros de maneira caótica.

De acordo com a hipótese do cristalito, o vidro é quimicamente homogêneo. O estudo dos vidros por análise de difração de raios X foi um salto qualitativo na compreensão da natureza do estado vítreo.

De acordo com os dados obtidos, foi demonstrado o seguinte: 1) os cristalitos contêm de 1 a 2 células elementares, e mesmo assim estão distorcidos, ou seja, perdeu-se o significado do próprio conceito de “cristalito”, 2) foi feita uma suposição sobre a estrutura quimicamente heterogênea do vidro. Historicamente, a hipótese do cristalito desempenhou um papel importante na compreensão da natureza do estado vítreo, mas a sua adequação para descrever a maioria das substâncias vítreas revelou-se pequena.

Vidro refere-se a todos os corpos amorfos obtidos pelo super-resfriamento de um fundido, independente de sua composição química e faixa de temperatura de solidificação, que, em decorrência do aumento gradativo da viscosidade, possuem as propriedades mecânicas dos sólidos, e o processo de transição de um líquido para um estado vítreo deve ser reversível. A formação tripla de SiO2 é como um cristal de quartzo. :Estrutura do SiO2 - na forma de vidro de quartzo:

Arroz. 1Fig. 2

O estado vítreo é caracterizado pela presença de pequenas áreas de uma estrutura ordenada regular, ausência de uma rede espacial regular, propriedades isotrópicas e ausência de um ponto de fusão específico. L.L. Lebedev, ao estudar os processos de recozimento e têmpera do vidro, foi o primeiro a chegar à conclusão de que existem formações microcristalinas - cristalitos - na estrutura do vidro (Fig. 1). Os cristalitos possuem uma rede cristalina relativamente normal na parte interna, composta por grupos de tetraedros de SiO4, mas à medida que se aproximam da periferia, sua estrutura torna-se cada vez menos ordenada e as camadas entre os cristalitos apresentam uma estrutura amorfa. A teoria cristalina da estrutura do vidro foi desenvolvida nos trabalhos de cientistas soviéticos que mostraram a “microheterogeneidade” da estrutura do vidro. Com base nisso, foi criada uma nova classe de materiais cristalinos de vidro - as vitrocerâmicas, que apresentam as melhores propriedades do vidro e dos materiais não frágeis.

Nos vidros de silicato, os cátions metálicos são colocados entre tetraedros de SiO4 carregados negativamente sem perturbar a estrutura da estrutura de silicato (Fig. 1).

O estado vítreo é menos estável em relação ao estado cristalino e possui excesso de fornecimento de energia interna, portanto uma transição espontânea só é possível do estado vítreo para o estado cristalino, acompanhada pela liberação de uma pequena quantidade de calor. Devido à sua estrutura, o vidro possui uma série de propriedades específicas, que incluem transparência, fragilidade, alta resistência às intempéries e sensibilidade a mudanças bruscas de temperatura. Este material é impermeável à água e ao ar e possui baixa condutividade elétrica.

Ao contrário dos sólidos cristalinos (todos os átomos são compactados em uma rede cristalina), no estado vítreo não existe essa ordem de longo alcance no arranjo dos átomos. O vidro não pode ser chamado de líquido superviscoso, que possui apenas ordem de curto alcance - ordenação mútua apenas de moléculas e átomos vizinhos. Os vidros são caracterizados pela presença da chamada ordem média de arranjo dos átomos - em distâncias apenas ligeiramente maiores que as interatômicas.

Composição química e propriedades do vidro

As substâncias formadoras de vidro incluem:

Óxidos:O3O5

O carbonato de cálcio, assim como o refrigerante, quando fundido com a areia reage com ela, formando silicato de cálcio e dióxido de carbono. Quando uma mistura de carbonatos de sódio e cálcio é fundida com excesso de areia, obtém-se uma solução mútua super-resfriada de polissilicatos de cálcio e sódio; Este é um vidro de janela comum. A principal propriedade de qualquer vidro é que ele não muda abruptamente de líquido para sólido, mas engrossa à medida que esfria gradualmente até solidificar completamente. O vidro é uma substância amorfa. As substâncias amorfas diferem das substâncias cristalinas porque os átomos nelas contidos não formam uma rede cristalina. No entanto, uma certa ordem no arranjo dos átomos também existe nos vidros. Para quartzo fundido e vidros de silicato, as leis gerais da química cristalina dos silicatos permanecem em vigor; cada átomo de silício neles é rodeado tetraedricamente por quatro átomos de oxigênio, mas esses tetraedros são combinados entre si aleatoriamente, formando uma rede espacial contínua, em cujos vazios os íons metálicos também estão localizados aleatoriamente (Fig.). Devido a isso, uma “microseção” da massa de vidro é diferente em estrutura atômica de outra adjacente a ela. Isso explica a ausência de um ponto de fusão constante para o vidro e sua transição gradual do estado sólido para o líquido e vice-versa.

Como material, o vidro é amplamente utilizado em diversas áreas economia nacional... De acordo com a sua finalidade, são conhecidos vários tipos de vidros: vidros, contentores, laboratório químico, térmicos, resistentes ao calor, de construção, ópticos, eléctricos a vácuo e numerosos outros tipos de vidro técnico. Dentro de cada tipo de vidro existe uma grande variedade de variedades. Dependendo das condições de serviço de cada tipo e classe, o vidro está sujeito a determinados requisitos de propriedades, formulados nas normas e especificações técnicas pertinentes. As propriedades físico-químicas do vidro são determinadas principalmente pela sua composição.

A composição do vidro inclui vários óxidos: Si02l Na20, CaO, MgO, B2O3, Al2O3, etc. Entre os tipos de vidros inorgânicos (borosilicato, borato, etc.), um papel particularmente importante na prática pertence aos vidros fundidos com base em sílica - vidros de silicato. Ao introduzir certos óxidos na composição do vidro, obtêm-se vidros com propriedades físico-químicas predeterminadas. A composição mais simples é o vidro obtido pela fusão da sílica pura para formar uma massa vítrea. A chamada vidraria de quartzo geralmente é feita desse vidro, que possui grande resistência térmica e química.

As propriedades do vidro dependem dos componentes recebidos e de suas proporções na liga. As propriedades mais importantes do vidro incluem a sua resistência química.

A resistência química caracteriza a resistência do vidro aos efeitos destrutivos de ambientes agressivos. Vários agentes químicos atacam o vidro, dissolvendo suas partes constituintes e causando corrosão. Uma das substâncias mais nocivas para o vidro é a água, que converte silicatos em álcalis e, assim, cria dificuldades na fabricação de muitas soluções injetáveis. A capacidade da água de dissolver componentes individuais do vidro começa a se manifestar já nos primeiros minutos de contato de uma solução aquosa com o vidro, mesmo em temperatura ambiente, e aumenta durante o armazenamento. A esterilização tem um efeito muito forte e altera o pH.

Os fenômenos que ocorrem como resultado da ação de diversas soluções aquosas sobre o vidro das ampolas tornar-se-ão compreensíveis se considerarmos que a camada superficial do vidro está sempre saturada com íons de metais alcalinos e alcalino-terrosos “devido à sua alta mobilidade (e pequena carga em comparação com a alta carga do íon de silício tetravalente).Por esse motivo, o íon sódio, mesmo em temperatura ambiente, pode ser misturado com outros íons.Os íons de metais alcalinos movem-se facilmente das camadas internas do vidro para o local do íons reagindo.

Quando o vidro é exposto a soluções ácidas, o álcali é neutralizado e, se a solução contiver uma quantidade relativamente alta de ácido (pH 3,0 e inferior), a lixiviação da superfície do vidro ocorre sem uma mudança perceptível na concentração de íons de hidrogênio. Se o vidro for exposto a soluções com pH acima de 3,0 e água, a reação de neutralização se reflete visivelmente na concentração de íons hidrogênio e o pH aumenta acentuadamente. Quando expostas a soluções de ácidos e água, as reações de lixiviação são acompanhadas pela formação de uma película siliciosa hidratada na superfície do vidro, enriquecida com componentes alcalino-terrosos do vidro. A espessura desse filme aumenta gradativamente, o que dificulta a fuga de metais alcalinos das camadas internas do vidro. Nesse sentido, o processo de lixiviação, que inicialmente começou rápido, vai se desvanecendo gradativamente, como pode ser visto nas curvas que, tendo atingido o máximo, correm paralelamente ao eixo das abcissas.

O efeito das soluções alcalinas na superfície do vidro é diferente. A princípio, eles não formam filmes, mas dissolvem e lavam a camada superficial, quebrando as ligações Si-O-Si e levando à formação de grupos Si-O-Na

Determinação da resistência química. A resistência química do vidro, em alguns casos, pode ser determinada pela sua aparência. Durante o armazenamento, uma película de umidade aparece no vidro, convertendo gradativamente os silicatos em álcalis. O dióxido de carbono no ar reage com os álcalis, formando carbonatos de metais alcalino-terrosos, que sofrem erosão após a secagem da película de água e deixam um resíduo sujo. Assim, a limpeza dos tubos de vidro é o primeiro sinal da sua boa qualidade. A contaminação indica baixa resistência química do vidro. Os principais métodos para determinar a boa qualidade do vidro de ampola são os químicos. Destes, o método adotado pelo GOST 10780-64 é considerado oficial.

As ampolas selecionadas são cuidadosamente lavadas com água quente, enxaguadas duas vezes com água destilada, enchidas com água destilada recém-destilada (pH 5,0-6,8) até a capacidade nominal e seladas. As ampolas são autoclavadas por 30 minutos a uma pressão de 2 atm e, após o resfriamento, a mudança de pH da água extraída das ampolas em relação ao pH da água destilada original é determinada por meio de um medidor de pH. A mudança de pH não deve ser superior a 2,9 para ampolas de vidro da marca AB-1, não superior a 1,3 para a marca NS-1 e 2,0 para a marca NS-2. Devido ao fato de que soluções de diferentes substâncias medicinais são diferentes agressivos para o vidro, é melhor testar as ampolas com as substâncias medicinais a que se destinam.

Entre outros métodos conhecidos, o método da fenolftaleína (proposto por D.I. Popov e B.A. Klyachkina) distingue-se pela sua simplicidade. As ampolas são preenchidas com uma solução aquosa do indicador (1 gota de solução alcoólica de fenolftaleína a 1% por 2 ml de água), seladas e divididas em três partes: uma parte das ampolas é esterilizada por 30 minutos a 100 °C , o outro por 20 minutos a 120°C, e o terceiro fica para controle. . Nas ampolas de vidro quimicamente resistente (NS-1), não se observa coloração vermelha mesmo na autoclavagem. Se esta coloração apareceu após a autoclavagem, mas desapareceu após a esterilização a 100 °C, tais ampolas são consideradas menos resistentes (HC-2). A coloração em ambos os casos de esterilização indica baixa resistência química das ampolas (AB-1); Eles são adequados para enchimento apenas com soluções de óleo. Na determinação da resistência química das ampolas, é necessário levar em consideração sua área superficial específica, ou seja, a relação entre a superfície interna da ampola e o volume nela contido.

Determinação da resistência térmica. As ampolas devem ter resistência não apenas química, mas também térmica, ou seja, não ser destruídas por oscilações bruscas de temperatura, principalmente durante a esterilização. A resistência térmica é verificada da seguinte forma: as ampolas de teste são preenchidas com água destilada, seladas e aquecidas em autoclave a 120°C por 30 minutos. Um lote de ampolas é considerado aceitável se pelo menos 95% das ampolas da amostra colhida permanecerem intactas.

Ao avaliar a boa qualidade do vidro de ampola, sua fusibilidade, incolor e transparência não são de pouca importância.

Fusibilidade do vidro. O vidro da ampola deve ser suficientemente fusível para que o gargalo da ampola possa ser rapidamente selado na chama do queimador. A fusibilidade está praticamente estabelecida, uma vez que os padrões ainda não foram desenvolvidos,

Incolor e transparência do vidro. Estas qualidades do vidro permitem substituir impurezas mecânicas na solução de injeção (cabelos, fragmentos de vidro, fragmentos de material filtrante), bem como sinais de deterioração da solução (turbidez, aparecimento de sedimentos, descoloração da solução, etc.) . Nem sempre é recomendado o uso de vidro laranja ou de outra cor, pois nessas ampolas não é possível notar alterações na cor das soluções (adrenalina e algumas outras). Além disso, segundo a literatura, o uso de ampolas de vidro amarelo em alguns casos (soluções de ascorbato de sódio) é prejudicial, pois durante a esterilização uma quantidade residual de ferro é liberada do vidro. Concluindo, deve-se ressaltar que as ampolas com soluções injetáveis ​​​​são armazenadas em caixas onde a luz não penetra.

Resistência química. A resistência química é a capacidade do vidro de resistir aos efeitos destrutivos da água, soluções salinas, umidade e gases atmosféricos. A resistência do vidro aos álcalis é chamada de resistência aos álcalis e aos ácidos - resistência aos ácidos. Com o aumento do teor de óxidos alcalinos (Na2O ou K2O) no vidro, a resistência química do vidro diminui. A introdução de óxidos de zinco, zircônio, magnésio e bário na composição do vidro ajuda a aumentar a resistência química do vidro.

A resistência química do vidro é determinada pela diferença na massa da amostra antes e depois do teste. Para o teste, o pó de vidro ou uma amostra maciça de vidro é preparado, pesado e depois fervido em um ambiente agressivo, geralmente em soluções de NaOH, Na2CO3, HCl e água destilada. Após o experimento, a amostra é seca e pesada em balança analítica. A perda de massa vítrea caracteriza sua resistência química. A resistência química também é determinada titulando a solução na qual o vidro de teste foi tratado com ácido (HCl). Neste caso, a resistência química é caracterizada pela quantidade de ácido gasto na titulação: quanto mais ácido gasto na titulação, menor será a resistência química do vidro. A resistência alcalina do vidro de janela é determinada pela perda de massa de 1 dm2 de placa de vidro quando tratada em uma solução fervente de carbonato de sódio de um N por 3 horas. A perda não deve exceder 38 mg por 1 dm2 de superfície.

Dependendo da capacidade dos vidros em resistir aos efeitos destrutivos da água e outras soluções agressivas, eles são divididos em classes hidrolíticas, que são determinadas pela quantidade de HCl utilizada para titulação.

Classes hidrolíticas (consumo de HCl, ml): - vidro resistente à água - 0-0,32, - vidro resistente - 0,32-0,65, - vidro duro - 0,65-2,8, - vidro macio - 2,8-6,5, - vidro insatisfatório - 6,5 e mais.

O vidro de quartzo tem a maior resistência química, pertence à classe hidrolítica I, os vidros de laboratório químico, via de regra, pertencem à classe II. A maior parte dos vidros industriais pertence à classe hidrolítica mais extensa - III, e os mais resistentes deles - janela e polido - à primeira metade desta classe.

A resistência química dos vidros de silicato depende principalmente da composição química e é determinada pelo teor de sílica neles contidos. O SiO2 aumenta significativamente a resistência química do vidro, enquanto os óxidos alcalinos, via de regra, a reduzem. Outros componentes de vidro comportam-se de maneira diferente em relação a diferentes reagentes. Portanto, ao selecionar as composições químicas dos vidros, eles se orientam pelas condições em que serão utilizados.

A densidade do vidro, dependendo da composição química, varia de 22 a 70·102 kg/m3. O vidro de quartzo tem a densidade mínima (22,102 kg/m3), e a densidade dos vidros contendo grande quantidade de óxido de chumbo chega a 70,102 kg/m3.

Com o aumento da temperatura, a densidade dos vidros de silicato diminui em 15 kg/m3 para cada 100°C. O recozimento do vidro afeta a densidade. Assim, o vidro mal recozido com a mesma composição química tem uma densidade de 10...20 kg/m3, e o vidro temperado é 80...90 kg/m3 menor que o vidro recozido. À medida que a composição química do vidro muda, a sua densidade muda visivelmente, por isso, na prática, serve como um meio indireto de controlar a constância da composição do vidro.

Mais da metade de todo o vidro derretido é processado em folhas para envidraçamento de edifícios. Produtos feitos de materiais de fibra de vidro (lã de vidro, esteiras, fios, etc.), que são utilizados como isolantes térmicos e acústicos, são amplamente utilizados na construção. Não apodrecem nem mofam, possuem baixo peso volumétrico, resistência ao fogo e resistência à vibração.

Cerca de um terço de todos os produtos de vidro são recipientes dos mais diversos tipos, estilos e finalidades. As notáveis ​​​​propriedades decorativas do vidro (capacidade de perceber diferentes cores, transmitir o jogo da luz, diversidade nas transições da transparência do cristal, passando por todos os graus de turbidez, até à opacidade completa) levaram à existência de um grupo especial de produtos, unidos pelo geral nome “vidro artístico”. Isto inclui louças artísticas, produtos de vidro monumentais (baixos-relevos, luminárias de chão, vasos, lustres, etc.) e diversos materiais de acabamento (azulejos e folhas para revestimento de paredes, pisos de edifícios, cornijas, frisos, etc., uso de vidro em vitrais). Um dos ramos importantes da vidraria artística é a produção de uma ampla variedade de smalt (vidro opaco). Estes vidros são utilizados para criar painéis de parede monumentais na técnica de pintura em mosaico, semelhante à técnica do vitral.

Na forma de esmaltes de vidro, finas camadas vítreas opacas de diversas cores, o vidro é utilizado como revestimento protetor que protege os produtos metálicos da destruição e lhes confere uma aparência que atende aos requisitos operacionais e estéticos. Os esmaltes de vidro são utilizados na fabricação de equipamentos químicos e alimentícios, louças, equipamentos sanitários, tubos, letreiros, azulejos e joias.

A indústria óptica e o vidro óptico permitiram a criação de instrumentos ópticos modernos e de alta precisão em toda a diversidade de seus tipos e finalidades (óculos comuns, microscópios, telescópios, câmeras fotográficas e de cinema, etc.).

O vidro de quartzo particularmente puro é utilizado na fabricação de fibras ópticas para criar linhas de comunicação de fibra óptica que permitem a transmissão de grandes volumes de informações. Uma classe separada de óculos é formada pelos chamados óculos de laser. São vidros multicomponentes de diversas naturezas (silicato, fosfato, fluoroberilato, borato, telurito, etc.), ativados com neodímio. Os lasers podem ser miniaturas, como os usados ​​na medicina, ou podem ser sistemas poderosos usados ​​na fusão nuclear. Os lasers também são usados ​​em pesquisa científica, geodésia e processamento de metal de precisão.

A partir de uma breve visão geral das áreas de aplicação do vidro, é óbvio que é necessário produzir vidros com diferentes propriedades: especialmente resistentes quimicamente, especialmente mecanicamente fortes, possuindo certos coeficientes de expansão térmica, constantes ópticas e elétricas especificadas, etc. , não é de surpreender que os pesquisadores estejam se esforçando muito para compreender a natureza do vidro, elucidando a influência de diversos fatores em suas diversas propriedades.

Vidro na construção e interior

VIDRO DE CONSTRUÇÃO - produtos de vidro utilizados na construção.

O vidro de construção contém (%): 75-80% SiO2, 10-15% CaO, cerca de 15% Na2O.

É utilizado para envidraçamento de aberturas de luz, instalação de divisórias transparentes e translúcidas, revestimento e acabamento de paredes, escadas e outras partes de edifícios. O vidro de construção também inclui materiais isolantes de calor e som feitos de vidro (espuma de vidro e lã de vidro), tubos de vidro para fiação elétrica oculta, abastecimento de água, esgoto e outros fins, detalhes arquitetônicos, elementos de pisos de concreto reforçado com vidro, etc.

A maior parte da variedade de vidros de construção é usada para envidraçamento de aberturas de luz: vidros laminados, espelhados, corrugados, reforçados, estampados, de camada dupla, blocos ocos, etc. .

O vidro laminado para janelas, mais utilizado na construção, é produzido a partir do vidro fundido, principalmente pelo estiramento contínuo vertical ou horizontal de uma tira, da qual, à medida que esfria e endurece, são cortadas folhas dos tamanhos necessários em uma das extremidades. Uma desvantagem significativa do vidro laminado é a presença de alguma ondulação, que distorce os objetos vistos através dele (especialmente em um ângulo agudo).

O vidro espelhado é processado por lixamento e polimento em ambos os lados, devido ao qual apresenta distorção óptica mínima. O método moderno mais comum de produção de vidro espelhado consiste na laminação horizontal contínua do vidro fundido entre dois eixos, recozimento da tira moldada em um forno túnel, retificação e polimento em sistemas de transporte mecanizados e automatizados. O vidro espelhado é feito com espessura de 4 mm ou superior (em casos especiais - até 40 mm), são utilizados materiais de alta qualidade para sua produção, por isso também possui maior transmissão de luz do que o vidro de janela comum; utilizado principalmente para envidraçamento de janelas e portas de edifícios públicos, montras e fabrico de espelhos; as propriedades mecânicas diferem pouco das propriedades mecânicas do vidro da janela.

O vidro laminado estampado possui uma superfície estampada obtida pela laminação entre dois rolos, um dos quais ranhurado; são produzidos incolores e coloridos; utilizado nos casos em que é necessária luz difusa.O vidro estampado com padrão fosco ou fosco é utilizado para divisórias internas, painéis de portas e vidros de escadas; É feito tratando a superfície de uma janela ou vidro espelhado. O padrão fosco é obtido tratando a superfície com um jato de areia sob o molde. Um padrão que lembra um padrão gelado no vidro é obtido aplicando-se na superfície uma camada de cola animal, que, durante a secagem, sai junto com as camadas superiores do vidro.

O vidro reforçado contém tela de arame em sua espessura; é mais durável que o normal; quando quebrado por golpes ou rachado durante um incêndio, seus fragmentos se espalham, ficando presos por reforço; Portanto, o vidro reforçado é usado para lanternas de vidro em edifícios industriais e públicos, cabines de elevadores, escadas e aberturas de paredes corta-fogo. É produzido pelo método de laminação contínua entre rolos com laminação de tela de arame enrolada em um tambor separado. O vidro reforçado corrugado, em formato de folhas onduladas de cimento-amianto, é usado para construir divisórias, lanternas e cobrir galerias e passagens de vidro.

Os vidros duplos (lote) com camada de dispersão de ar ou luz (por exemplo, feitos de fibra de vidro) têm boas propriedades de isolamento térmico; são feitos colando 2 vidraças com moldura dobrável. A espessura do vidro duplo com entreferro é de 12 a 15 mm. Os blocos de vidro ocos são feitos pressionando e depois soldando duas meias-caixas de vidro; utilizado para preencher aberturas de luz, principalmente em edifícios industriais; proporcionam boa iluminação dos locais de trabalho e possuem altas propriedades de isolamento térmico. Os blocos são assentados nas aberturas com argamassa em forma de painéis revestidos com metal. ligações.

O vidro frontal (marblit) é uma folha de vidro de cor opaca.

É produzido rolando periodicamente o vidro fundido em uma mesa de fundição, seguido de recozimento em fornos de túnel. É utilizado no acabamento de fachadas e interiores de edifícios residenciais e públicos. O vidro de revestimento também inclui vidro metalizado colorido.

VIDRO DE QUARTZO - contém pelo menos 99% SiO - (quartzo). O vidro de quartzo é derretido a temperaturas acima de 1700° C a partir das variedades mais puras de quartzo cristalino, cristal de rocha, quartzo veio ou areia de quartzo pura. O vidro de quartzo transmite raios ultravioleta, tem um ponto de fusão muito elevado e, graças ao seu baixo coeficiente de expansão, pode suportar mudanças bruscas de temperatura e é resistente à água e aos ácidos. O vidro de quartzo é utilizado na fabricação de vidrarias de laboratório, cadinhos, instrumentos ópticos, materiais isolantes, lâmpadas de mercúrio (“sol da montanha”) utilizadas na medicina, etc.

O VIDRO ORGÂNICO (plexiglas) é uma massa plástica transparente e incolor formada durante a polimerização do éster metílico do ácido metacrílico. Facilmente passível de processamento mecânico. É utilizado como chapa de vidro em aeronaves e engenharia mecânica, na fabricação de produtos domésticos, equipamentos de proteção em laboratórios, etc.

VIDRO SOLÚVEL - uma mistura de silicatos de sódio e potássio (ou apenas sódio), cujas soluções aquosas são chamadas de vidro líquido. O vidro solúvel é utilizado para a produção de cimentos e concretos resistentes a ácidos, para impregnação de tecidos, produção de tintas ignífugas, sílica gel, para reforço de solos fracos, cola de escritório, etc.

VIDRO QUÍMICO-LABORATÓRIO - vidro com alta resistência química e térmica. Para aumentar essas propriedades, óxidos de zinco e boro são introduzidos na composição do vidro.

FIBERGLASS é uma fibra artificial de formato estritamente cilíndrico e superfície lisa, obtida por estiramento ou desmembramento do vidro fundido. Amplamente utilizado na indústria química para filtrar soluções ácidas e alcalinas quentes, purificar ar e gases quentes, fazer gaxetas em bombas de ácido, reforçar fibra de vidro, etc.

Por que o vidro raramente é usado em interiores de casas? Provavelmente porque ainda existe um forte preconceito de que não é durável e é perigoso devido aos seus fragmentos pontiagudos quando destruído.

Mas observe mais de perto quantos produtos de vidro nos cercam e nos servem há anos: espelhos no corredor e no banheiro, nas janelas, no aparador e na estante.

Quantos deles quebraram e causaram problemas?

Parece que não, pelo menos não mais do que outros artigos de decoração.

O vidro é usado com mais ousadia em escritórios. Os empresários há muito apreciam a vantagem do vidro sobre outros materiais. Esta é a sua capacidade de não reduzir a quantidade de luz ao remodelar uma divisão.

O vidro não esconde o volume e os espelhos o tornam ainda maior, o que confere conforto e solidez ao interior.

Material Resistência máxima à resistência ao impacto, compressão, tensão, flexão Aço 200 MPa 200 MPa 200 MPa 200 MPa Vidro 1500 MPa 50 MPa 20 MPa 6 MPa Vidro temperado 1100 MPa 300 MPa 200 MPa 30 MPa

Esta tabela mostra quão diferentes são as características do vidro sob diferentes cargas. O vidro tem resistência máxima quando comprimido (7 vezes mais forte que o aço!). O ponto mais fraco do vidro é a sua imunidade aos impactos. Mas esta característica pode ser melhorada 5 vezes pelo endurecimento. Aumente a resistência ao impacto várias vezes colando o vidro. Obtenha um "triplex". Vidros automotivos e vidros blindados são feitos com essa tecnologia. Mesmo quando destruído, mantém a sua capacidade de carga. Desta forma, é possível compensar as deficiências do vidro e tornar a sua resistência semelhante à de outros materiais.

A vantagem mais importante do vidro sobre outros materiais é a sua transparência. A arquitetura moderna busca agora claramente o máximo de luz natural e um mínimo de contraste com a natureza circundante. O único material que pode ser utilizado é o vidro. É por isso que existem tantas variedades disso. O vidro pode ser colorido, ter um padrão pintado, ser protetor solar ou economizador de energia (com envidraçamento externo). Ao decorar interiores, você pode usar vários processamentos de vidro: polimento de bordas, aplicação de chanfros, tingimento, moldagem (dobra de vidro em uma câmara de calor), jato de areia e muitas outras operações. A ideia de qualquer designer pode ser transferida para o vidro.

Outra propriedade importante do vidro é a sua compatibilidade ambiental. A base do vidro é o silício. Seus compostos, silicatos, são comuns na natureza em um grande número de minerais. Nem a matéria-prima nem o produto em si – o vidro – causam qualquer dano à natureza.

O design de interiores é um processo criativo complexo que requer muita força, imaginação e habilidades. Claro, você pode recorrer aos serviços de um designer de interiores profissional que o ajudará a planejar de forma rápida e eficiente todas as nuances e aspectos relativos ao design de apartamentos ou casas. Hoje conhecemos uma enorme variedade de estilos modernos em design de interiores, mas sem conhecer suas características e significados é muito fácil se perder nos estilos. Alta tecnologia, pós-moderno, moderno, classicismo, minimalismo e muitos outros. Depois de ler os nomes, não está claro qual é esta ou aquela direção no design.

O estilo “High-tech” é muito popular hoje em dia, o que não é de todo surpreendente, porque as peças e elementos incluídos no interior são feitos de vidro, metal e plástico. Em uma sala feita em estilo semelhante, muitas vezes são encontrados pisos de vidro e portas internas de vidro. Isso não só parece muito moderno e moderno, mas também fornece ao apartamento muitas funções úteis. O vidro isola a sala de ruído e temperatura excessivos. Entre outras coisas, os elementos modernos de vidro da casa são tão duráveis ​​​​que podem competir em qualidade até mesmo com madeira e metal.

Na decoração de interiores, os vidros coloridos não são menos comuns.

A massa de vidro comum após o resfriamento apresenta uma tonalidade verde-amarelada ou verde-azulada. O vidro pode receber cor se a carga incluir, por exemplo, certos óxidos metálicos, que durante o processo de cozimento alteram sua estrutura, o que, após o resfriamento, por sua vez faz com que o vidro emita certas cores do espectro de luz que passa por ele. Compostos ferrosos colorem o vidro em cores - do verde-azulado e amarelo ao marrom-avermelhado, óxido de manganês - do amarelo e marrom ao violeta, óxido de cromo - verde grama, óxido de urânio - verde-amarelado (vidro de urânio), óxido de cobalto - azul (vidro de cobalto), óxido de níquel - do violeta ao marrom acinzentado, óxido de antimônio ou sulfeto de sódio - amarelo (a prata coloidal, entretanto, colore o amarelo mais bonito), óxido de cobre - vermelho (o chamado rubi de cobre, ao contrário do rubi de ouro, obtido pela adição de ouro coloidal). O vidro ósseo é obtido turvando a massa de vidro com osso queimado, e o vidro leitoso pela adição de uma mistura de feldspato e fluorita. As mesmas adições, turvando o derretimento do vidro em um grau muito leve, produzem vidro opala. Vidros pintados, entre outras aplicações, são utilizados como filtros de cores.

O vidro temperado pode suportar pesos enormes, por isso os pisos feitos com este material durarão muito tempo e ao mesmo tempo apresentarão as características mais dignas. Em primeiro lugar, é muito cómodo cuidar dos elementos de vidro, bastando limpar regularmente o chão ou as portas com produtos de vidro especiais que não contenham abrasivos. O piso de vidro pode ser feito de vidro brilhante (brilhante) ou fosco. Isto também é muito típico para aquelas salas que requerem um aumento visual do espaço. As portas de vidro também podem ser foscas ou transparentes brilhantes. Você também pode encomendar especialmente uma porta interna exclusiva com um padrão interno no vidro feito a laser. Isto é muito original e impressionante.

Vidraria

A capacidade de “aceitar” e conservar alimentos e bebidas é determinada pelos seguintes indicadores de grupo: resistência química a alimentos e bebidas, resistência às influências atmosféricas, resistência às influências térmicas, resistência às influências mecânicas. A capacidade de “dar” alimentos e bebidas: a funcionalidade da solução volumétrico-espacial e a versatilidade.

As propriedades ergonômicas determinam, em primeiro lugar, a facilidade de uso e a higiene dos produtos de vidro. O conforto dos utensílios domésticos é determinado pela facilidade de segurar, transportar, realizar funções de armazenamento e lavagem, bem como pela facilidade de transporte e armazenamento. As propriedades higiênicas são determinadas principalmente pela natureza e propriedades do vidro e são caracterizadas por indicadores de grupo como inocuidade e contaminação.

As propriedades mecânicas do vidro são caracterizadas pela ausência de deformação plástica, alta resistência à compressão (500-800 MPa) e baixa resistência à tração, flexão (25-100 MPa) e principalmente resistência ao impacto (15-20 MPa). A resistência depende da composição química: aumenta com a presença de SiO2, Al2O3, B2O3, MgO na composição do vidro e diminui com a presença de óxidos alcalinos, PbO. No entanto, a estrutura interna do vidro, o estado da superfície e a presença de defeitos na mesma têm uma influência decisiva. A resistência é aumentada pelo endurecimento, troca iônica em sais fundidos, aplicação de revestimentos de óxido metálico na superfície e outros métodos.

As propriedades térmicas do vidro são caracterizadas por uma condutividade térmica muito baixa, capacidade térmica significativa e expansão térmica. A estabilidade térmica dos produtos aumenta com o aumento da resistência mecânica do vidro, da condutividade térmica e com a diminuição da expansão térmica e da capacidade térmica. Uma medida de resistência ao calor é a diferença de temperatura que um produto pode suportar sem destruição. A resistência térmica do vidro de quartzo é de 1000°C, os talheres feitos de vidro de alta qualidade são de 95°C, os copos de cerâmica de vidro são de 300-600°C.

O vidro óptico é um vidro transparente de qualquer composição química com alto grau de homogeneidade. Contém 46,4% de PbO, 47,0% de Si0 e outros óxidos; coroas - 72% SiO alcalino e outros óxidos.

O vidro óptico é utilizado para a fabricação de lentes, prismas, cubetas, etc. O vidro para instrumentos ópticos foi produzido já no século XVIII, mas o surgimento da produção propriamente dita de vidro óptico remonta ao início do século XIX, quando o O cientista suíço P. Guinan inventou um método para agitar mecanicamente o vidro fundido durante a fusão e o resfriamento - o movimento circular de uma barra de argila imersa verticalmente no vidro. Esta técnica, que se preserva até hoje, permitiu obter vidros com elevado grau de homogeneidade. A produção de vidro óptico foi desenvolvida graças ao trabalho conjunto dos cientistas alemães E. Abbe e F.O. Schott, como resultado do surgimento em 1886 da famosa fábrica de vidros da parceria Schott em Jena (Alemanha), que pela primeira vez produziu uma enorme variedade de vidros ópticos modernos. Até 1914, a produção de vidro óptico existia apenas na Inglaterra, França e Alemanha. Na Rússia, o início da produção de vidro óptico remonta a 1916. Só alcançou grande desenvolvimento depois

A Grande Revolução Socialista de Outubro graças ao trabalho dos cientistas soviéticos D.S. Rozhdestvensky, I.V. Grebenshchikova, G.Yu. Zhukovsky, N.N. Kachalova e outros.

O principal requisito do vidro óptico é um alto grau de homogeneidade. A falta de uniformidade faz com que os raios de luz se desviem do caminho correto, tornando o vidro inadequado para o fim a que se destina. A homogeneidade do vidro óptico é perturbada por fatores químicos e físicos. A heterogeneidade química é causada por mudanças locais na composição química e é eliminada pela agitação do vidro óptico durante o processo de cozimento. A falta de homogeneidade física é causada por tensões geradas durante o processo de resfriamento do vidro óptico e é eliminada por um recozimento cuidadoso. O vidro óptico deve ter certas propriedades ópticas - valores exatos dos índices de refração para raios de diferentes comprimentos de onda. Uma grande variedade de vidros ópticos com diferentes índices de refração e dispersão média é de grande importância no cálculo e projeto de dispositivos ópticos. sistemas para reduzir os seus defeitos, em particular para eliminar a influência prejudicial do espectro secundário e melhorar a qualidade da imagem.

As propriedades ópticas do vidro dependem da sua composição química. Utilizando uma combinação variada de óxidos é possível obter vidros com os valores exigidos de constantes ópticas. Alguns tipos de vidro óptico, por exemplo, não contêm sílica (principal constituinte de qualquer vidro), outros contêm agentes oxidantes comumente utilizados, mas em quantidades extremamente grandes. A transparência do vidro óptico deve ser alta, cerca de 90-97% por 100 mm de trajetória do feixe no vidro. O vidro óptico deve ser quimicamente resistente à ação de uma atmosfera úmida e à ação de ácidos fracos, o que caracteriza o seu “spotting”, ou seja, sensibilidade ao toque das mãos.

As matérias-primas utilizadas para produzir vidro óptico são as mesmas dos outros tipos de vidro. No entanto, os requisitos de pureza das matérias-primas são muito elevados. Impurezas particularmente prejudiciais são os compostos de ferro e cromo, que colorem o vidro e aumentam sua absorção de luz. O vidro óptico é fundido em fornos de um e dois potes. A operação mais importante na produção de vidro óptico é agitar o vidro durante o processo de fusão e principalmente durante o processo de resfriamento.

Três métodos são usados ​​para cortar vidro óptico:

) resfriar o vidro junto com a panela, seguido de quebrá-lo em pedaços e moldá-los aquecidos;

) fundir vidro fundido em um molde de ferro;

) rolando em uma folha de vidro fundido sobre uma mesa.

Os vidros ópticos são produzidos pelas fábricas de vidro na forma de peças retangulares de vários tamanhos “ladrilhos” e na forma de blanks - “prensas” (lentes, prismas). Os vidros ópticos também incluem vidros coloridos especialmente usados ​​​​para a fabricação de filtros de luz precisos, que na forma de placas paralelas planas são frequentemente usados ​​​​em instrumentos ópticos e servem para alterar a composição espectral da luz que passa por eles. Esses vidros coloridos são produzidos em fábricas de vidro óptico utilizando as mesmas técnicas do vidro óptico.

História do vidro

Durante muito tempo, a primazia na descoberta da vidraça foi reconhecida no Egito, o que foi sem dúvida evidenciado pelos azulejos de faiança do revestimento interno da pirâmide de Jesser (século XVII aC); Os achados de joias em faiança datam de um período ainda anterior (a primeira dinastia dos faraós), ou seja, o vidro já existia no Egito há 5 mil anos. A arqueologia da Mesopotâmia, em particular da Antiga Suméria e Acádia, leva os pesquisadores a acreditar que um exemplo um pouco menos antigo de fabricação de vidro deveria ser considerado um monumento encontrado na Mesopotâmia, na região de Ashnunak - um selo cilíndrico feito de vidro transparente, que remonta ao período da dinastia Akkad, ou seja, sua idade é de cerca de quatro mil e quinhentos anos. Uma conta esverdeada com cerca de 9 mm de diâmetro, guardada no Museu de Berlim, é considerada um dos exemplos mais antigos de fabricação de vidro. Foi encontrado pelo egiptólogo Flinders Petrie perto de Tebas e, segundo algumas ideias, tem cinco mil e quinhentos anos. N. N. Kachalov observa que no território do antigo reino da Babilônia, os arqueólogos encontram regularmente vasos de incenso de origem local, feitos na mesma técnica dos egípcios. O cientista afirma que há todos os motivos para acreditar “que no Egito e nos países da Ásia Ocidental, as origens da fabricação de vidro... estão separadas dos nossos dias por um intervalo de aproximadamente seis mil anos”.

Existem também várias lendas que, com vários graus de plausibilidade, interpretam os possíveis pré-requisitos para o desenvolvimento da tecnologia. N. N. Kachalov reproduz um deles, contado pelo antigo naturalista e historiador Plínio, o Velho (século I). Esta versão mitológica diz que um dia mercadores fenícios na costa arenosa, na ausência de pedras, construíram uma lareira com a soda africana que transportavam - pela manhã descobriram um lingote de vidro no local da lareira.

Quem estuda a história da origem deste material chegará um dia a um consenso tanto quanto ao local - Egipto, Fenícia ou Mesopotâmia, África ou Mediterrâneo Oriental, etc. - como quanto à época - “há cerca de 6 mil anos”, mas característica da fenomenologia das ciências naturais característica - “sincronicidade de descobertas”, pode ser observada por alguns sinais neste caso, e a diferença mesmo de centenas de anos não importa muito, especialmente quando diferenças significativas podem ser traçadas no método reconstruído de fusão do vidro.

A relevância das lendas que contam a origem da fabricação do vidro se resume não tanto aos aspectos históricos e etnogeográficos, que do ponto de vista da teoria do conhecimento são apenas indiretamente importantes, mas à origem da tecnologia como tal, como se separada dos processos “aleatórios” do artesanato em cerâmica, e que se tornou o ponto de partida para a criação de um material com novas propriedades é o primeiro passo para controlá-las e, posteriormente, para a compreensão da estrutura.

O pesquisador inglês A. Lucas obteve certo sucesso no estudo da tecnologia da fabricação de vidro egípcia. Suas informações dão a seguinte ideia sobre o desenvolvimento da produção de vidro no Egito durante o período “arcaico”, que termina no 4º milênio aC. e.

A chamada “faiança egípcia” (miçangas, amuletos, pingentes, pratinhos para embutir) é um produto revestido com um vidrado azul esverdeado. Atribuí-los ao que está atualmente associado à “faiança” não pode ser considerado correto, uma vez que falta a principal característica desta categoria de produtos - um fragmento de argila. A faiança egípcia é conhecida por três tipos de “cacos”: pedra-sabão, farinha de quartzo mole e quartzo natural sólido. Há uma opinião de que as primeiras amostras foram feitas de esteatita. Este mineral tem composição de silicato de magnésio e está presente na natureza em grandes quantidades. Os produtos cortados de um pedaço de pedra-sabão eram revestidos com uma mistura pulverulenta de matérias-primas incluídas em sua composição para a obtenção de um esmalte e queimados. Este esmalte, cuja composição química é silicato de sódio com pequena mistura de cálcio, nada mais é do que vidro fusível, pintado em tons de azul e azul esverdeado com cobre, às vezes com bastante ferro.

Os vidreiros egípcios derretiam vidro em fogueiras em tigelas de barro. Os pedaços sinterizados eram jogados quentes na água, onde rachavam, e esses fragmentos, as chamadas fritas, eram transformados em pó por mós e derretidos novamente.

A fritagem já era utilizada muito depois da Idade Média, pelo que em gravuras antigas e escavações arqueológicas encontramos sempre dois fornos - um para pré-fusão e outro para fusão das fritas. A temperatura de penetração necessária é de 1450 °C e a temperatura de operação é de 1100-1200 °C. O forno de fundição medieval (“cabana” em tcheco) era uma abóbada baixa, a lenha, onde o vidro era derretido em potes de barro. Feito apenas de pedras e alumina, não aguentou muito, mas o suprimento de lenha não foi suficiente por muito tempo. Portanto, quando a mata ao redor da guta foi derrubada, ela foi transferida para um novo local onde ainda havia bastante mata. Outro forno, geralmente conectado ao forno de fundição, era o forno de recozimento - para têmpera, onde o produto acabado era aquecido quase até o ponto de amolecimento do vidro, e depois resfriado rapidamente, compensando assim as tensões no vidro (evitando a cristalização ). Nesta forma, o forno de fusão do vidro durou até finais do século XVII, mas a falta de lenha obrigou algumas entranhas, sobretudo em Inglaterra, a passarem para o carvão já no século XVII; e como o dióxido de enxofre que escapava do carvão coloria o vidro de amarelo, os britânicos começaram a derreter o vidro em potes fechados, chamados de potes cobertos. Isso dificultou e desacelerou o processo de fundição, de modo que a carga não teve que ser preparada com tanta força e, ainda assim, já no final do século XVIII, a combustão do carvão tornou-se predominante. Informações interessantes relacionadas com a história do vidro e o facto de o vidro, num sentido geral, durante a sua existência, ao contrário de muitos outros materiais, não ter sofrido praticamente nenhuma alteração (os primeiros exemplos do que veio a ser chamado de vidro não são diferentes do o conhecido vidro de garrafa; a exceção, claro, são os tipos de vidro com propriedades específicas), mas neste caso estamos falando de uma substância e material de origem mineral que encontrou aplicação na prática moderna.

Arroz. 4 - Diatreta. Segunda metade do século IV

Arroz. 5 - Skithos. Vidro colorido. Mediterrâneo Oriental. Primeira metade do século I Eremitério

Conclusão

Apesar de o vidro ser conhecido desde a antiguidade e ser amplamente utilizado em quase todas as áreas da atividade humana, a natureza do estado vítreo e a compreensão dos processos de transição vítrea no nível atômico-molecular estão longe de criar uma teoria do estado vítreo, semelhante em sua generalidade à teoria do estado cristalino. As discussões acaloradas sobre a definição do conceito de “estado vítreo” refletem a complexidade do problema que está sendo resolvido. Em comparação com o início do século, até o momento, devido ao desenvolvimento da tecnologia de métodos sensíveis à estrutura para o estudo do vidro, bem como de algumas seções da física teórica aplicada à interpretação de resultados experimentais e à criação de novos conceitos de modelos, há houve um aprofundamento significativo de pontos de vista sobre o vidro. Expressa-se na transição de hipóteses qualitativas (hipótese de cristalite e hipótese de rede aleatória) para o desenvolvimento de critérios quantitativos para descrever o estado vítreo.

Não há dúvida de que o desenvolvimento de pesquisas nesta área estimulará ainda mais melhorias na previsão das composições de vidros com determinadas propriedades, suas tecnologias de fabricação, métodos de pesquisa experimental e teórica.

Bibliografia

1. http://ru.wikipedia.org/wiki/Glass e outros recursos da Internet.

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