الزجاج Glass

زجاج glass :

مادة صلبة غير عضوية في العاد تكون شفافة او شبه شفافة ، صلبة ، هشة و لا تتأثر بأغلب المواد المحيطة بها . عرف الزجـاج منذ الأزمنة الغابرة و لا زال للزجـاج اهميته القصوي حيث يدخل في العديد من التطبيقات مثل البناء و ادوات المطبخ و الاتصالات .يصنع الزجـاج من خلال صهر بعض المكونات مثل السيليكا بسرعة كافية و ذلك لتجنب تكون البلورات.

تختلف انواع الزجـاج عن بعضها البعض من حيث التركيب الكيميائي و الخصائص الفيزيائية . و لكن هناك انواع من الزجـاج تتشابه فيما بينها في بعض الخصائص و الصفات .فصناعة الزجـاج تمر بمرحلة صهر المكونات حيث يتكون مصهور لزج سائل و هذا المصهور يتم تشكيله و تلوينه و تبريده للحصول على الشكل المطلوب بالجودة المطلوبة ، و الزجـاج لا يوصل التيار الكهربائي و ضعيف التصيل للحرارة و اغلبها قابل للكسر حجيث يظهر مكسر محاري ، بالإضافة إلى انها تقاوم اغلب المواد الكيميائية و لكنها تتأثر بحمض الهيدروفلوريك .

يمكن تقسيم الزجـاج التجاري إلى نوعين الزجـاج السيليكاتي الصوديومي أو الكلسي و الزجـاج الخاص ،و اغلب انتج العالم من الزجـاج يكون من النوع الأول ، و هذا النوع يصنع من ثلاثة مواد الرمل ( ثاني اكسيد السيليكون SiO₂ ، الحجر الكلسي (كربونات الكالسيوم أو CaCO₃) و كربونات الصوديوم Na₂CO₃ .فالسيليكا المصهورة بحد ذاتها تعتبر زجـاج من النوع الممتاز و لكن حيث ان درجة انصهار الرمل أكثر من 1700 درجة سيليزية فإن الوصول إلى مثل تلك الدرجة العالية مكلف جدا و عليه يكون كلفة انتاجه عالية جدا و بالتالي لا يصنع منه سوى النوعيات ذات المواصفات الخاصة .

لذلك و للتقليل من درجة انصهار السيايكا يتم اضافة مواد تسمى بالصهورات، لذلك يتم اضافة كربونات الصوديوم ، حيث يتكون المادة الصهورة أكسيد الصوديوم و هذه المادة تعمل على تقليل من درجة انصهار السيليكا . فعند اضافة 25 ٪ من أكسيد الصوديوم إلى السيليكا فإن درجة الأنصها تنخفض من 1723 إلى 850 درج سيليزية و لكن مثل ذلك النوع من الزجـاج سهل ذوبانه في الماء ( محاليله تسمى باسم الماء الزجـاجي ) ، لذلك يتم اضافة أكسيد الكالسيوم أو CaO على صورة كربونات الكالسيوم مما يساعد على عدم ذوبان الزجـاج في الماء و لكن الكثرة من أكسيد الكالسيوم يسلب الزجـاج بريقه و شفافيته  . لذلك النسب الأفضل لصنع الزجـاج هي 75 ٪ سيليكا ، 10 ٪ أكسيد الكالسيوم و 15 ٪ أكسيد الصوديوم .

عند صناعة ألواح الزجـاج يستخدم 6٪ من أكسيد الكالسيوم و 4 ٪ من اكسيد المغنيسيوم MgO ، و في صناعة القناني الزجـاجية يتم استخدام 2٪ أكسيد الألومنيوم . و هناك بعض المواد الأخرى التي تضاف إلى الزجـاج من اجل تنقيته أي لازاله الفقاعات الت تتكون اثناء عملية الصهر بينما تضاف أخرى لتعزيز اللون .

فمثلا يحتوي الرمل على شوائب من الحديد و على الرغم من ان الرمل المستخدم في صناعة القناني الزجـاجية يحرص على عدم احتوائه على الحديد إلا ان عند صهر الرمل يتكون لون اخضر غير مرغوب فيه ، لذلك يتم اضافة السيلينيوم و اكسيد الكوبالت معا مع وجود كميات قليلة جدا من ثالث أكسيد الزرنيخ و نترات الصوديوم لمعادلة اللون الأخضر و بالتالي انتاج زجـاج شفاف جدا .

أما الزجـاج ذو النوعيات الخاصة و ذو الثمن المرتفع فإنه يصنع عند الحاجة إلى خصائص فيزيائية و كيميائية خاصة . ففي الزجـاج البصري مثلا يتطلب استخدام العديد من المواد للحصول على زجـاج خاص يمكن من خلال صنع العدسات النقية جدا و المستخدمة في العديد من الاجهزة العلمية الحديثة .أما الزجـاج النقي جدا و الشفاف لدرجة عالية فغنه يستخدم فيؤ صنع الألياف البصرية حيث أنظمة الاتصالات الحديثة .

عند تعريض الزجـاج العادي لدرجة حرارة علية و من ثم التبريد المفاجيء فإنه يتعرض للكسر ، لذك يوجد نوع من الزجـاج يقاوم التغي المفاجيء في درجات الحرارة مثل زجـاج البوروسيلكات و الذي يستخدم في صنع اواني الطهي الزجـاجية و كذلم ادوات المختبر الزجـاجية .

عند صناعة هذا النوع من الزجـاج يتم اضافة حمض البوريك B₂O₃ بدلا من أكسيد الصوديوممع اضافة كميات قليلة من أكسيد الكالسيوم و أكسيد الألومنيوم . و هناك نوع آخر من الزجاج يعرف باسم زجاج بلور الرصاص و هو يستخدم لصنع أواني المائدة ، حيث يتم استخدم اكسيد الرصاص PbO كمادة صهورة .

اما المواد المستخدمة في تلوين الزجاج هي أكاسيد الفلزات . فنفس الاكسيد ممكن ان ينتج عدة ألوان مع عدة مخليط للزجاج و كذلك عدة اكاسيد للفلز الواحد ممكن ان تعطي الوان مختلفة .فمثلا الكوبالت ينتج لون أزرق أرجواني و الكروم ينتج لون اخضر أو اصفر والمنغنيز ينتج اللون الزهري . اما اكسيد الحديد II فإنه ينتج لون أخضر زيتي او أزرق باهت اعتمادا على المخلوط الذي تم اضافته له .

أما أكسيد الحديد III فيعطي لون اصفر و لكن هنا نحن بحاجة إلى عامل مؤكسد لمنع أكسيد الحديد III من الاختزال إلى اكسيد الحديد II .الرصاص يوفر اللون الاصفر ، اما النحاس فإنه يعطي لون ازرق طاووسي يتحول غلى الاخضر إذا كانت نسبة أكسيد النحاس (II) عالية .

 

الخصائص
بينما قد تحتوي أنواع على مكونات كيميائية مختلفة، فإن معظم تلك الأنواع تتميز بالخصائص التالية:

– ينقل الضوء المرئي: الزجاج بشكل عام شفاف للجزء المرئي من الطيف الكهرومغناطيسي. ومع ذلك ، فإن سطح الزجاج سوف يشتت أو يعكس الضوء.
– هش
– أغلبها يقاوم تفاعلات المواد الكيميائية
– يمكن صبها وتشكيلها بأشكال مختلفة

 

كيف يصنع الزجاج:

يعتبر الرمل المكون الرئيس لصناعة الزجاج حيث يتكون أساسا من ثاني أكسيد السيليكون حيث يمكن أن ينصهر عند 2300 درجة سيليزية تقريبا ، كما يدخل في صناعة الزجاج أيضا: الزجاج المعاد تدويره و كربونات الصوديوم و اكسيد الكالسيوم ، كما يمكن إضافة المكونات الأخرى لتلوين الزجاج بألوان نختلفة إن لزم الامر مثل أكسيد الحديدوز FeO لتلوين الزجاج باللون الأخضر و أيضا إضافة بعض المكونات الأخرى لإكساب الزجاج خصائص مميزة.

يتم تصهر جميع المكونات السابقة مع إضافة مكونات كيميائية أخرى أثناء عملية الصهر مثل كبريتات الصوديوم لإزالة الفقاعات أثناء تلك العملية و من ثم يتم تشكيل الزجاج المصهور بقوالب خاصة حسب الشكل المطلوب و من ثم يتم تبريده بكل عناية.

 

 زجاج الكوارتز Quartz Glass

زجاج ذوّاب Soluble Glass

الزجاج الرقائقي Laminated glass

 

بوسترات (لوحات) كيميائية بدقة عالية (أكثر من 25 لوحة) من تصميم الأستاذ أكرم أمير العلي

 

تطبيقات كيميائية من تصميم الأستاذ أكرم امير العلي متوفر للجوالات التي تعمل بنظام أندرويد android على سوق جوجل بلاي google play

1 – تطبيق ملصقات الجدول الدوري باللغة العربية : بطاقات تحتوي على معلومات شاملة و مختصرة في نفس الوقت كل عنصر على حدة (اللغة العربية).

https://play.google.com/store/apps/details?id=com.akramir2

 

2 – تطبيق ملصقات كيميائية: ملصقات بتصميم جميل جدا للكواشف و الأدلة و الزجاجيات المستخدمة في المختبر و كذلك ملصقات و بطاقات لخزانات حفظ المواد و الأدوات الزجاجية .

https://play.google.com/store/apps/details?id=com.akramir

 

3 – إذا كنت تواجه صعوبة في تحضير المحاليل الكيميائية الأكثر شيوعا في مختبرات الكيمياء و الاحياء، فهذا التطبيق سوف يساعدك كثيرا في تحضير المحاليل :