Przeczytaj

bg‑gray3

Co to jest szkło?

To nieorganiczny materiał, który został schłodzony do stanu stałego bez krystalizacji. Pod względem stanu skupienia jest zaliczany do ciał stałych amorficznych.

To każda substancja rentgenograficznie bezpostaciowa, wykazująca przemianę zeszklenia (witryfikacji).

Ma strukturę charakteryzującą się brakiem uporządkowania dalekiego zasięgu.uporządkowanie dalekiego zasięguuporządkowania dalekiego zasięgu.

R1aOBQpKyCUNP

Schemat przedstawia tlenek krzemu w postaci uporządkowanej jako kwarc: krystaliczny SiO2 i nieuporządkowanej: bezpostaciowy SiO2 jako szkło. Atomy tlenu reprezentowane są przez czerowne kulki, a atomy krzemu przez żółte. Kwarc krystaliczny ma strukturę regularną przypominającą połączone ze sobą trójkątne elementy, tworzące w dalszej kolejności geometryczne regularne struktury przypominające sześcioramienne gwiazdy. W środkach trójkątów znajdują się atomy krzemu, a w wierzchołkach - atomy tlenu. Uporządkowanie cechujące strukturę ma daleki zasięg. Z kolei szkło, to jest bezpostaciowy tlenek krzemu <math aria‑label="cztery">IV) odznacza się jedynie uporządkowaniem bliskiego zasięgu. Geometryczny, gwieździsty fragment występuje w jedym miejscu, pozostała część struktury jest przypadkowa i tworzy nieregularną siatkowatą część, w której atomy krzemu łączą się naprzemiennie z atomami tlenu. — Krystaliczny tlenek krzemu ma strukturę uporządkowaną, w przeciwieństwie do bezpostaciowego, którym jest szkło.
Źródło: GroMar Sp. z o.o. oprac. na podst. wikimediacommons.org, licencja: CC BY-SA 3.0.

W ciałach stałych amorficznych występuje brak uporządkowania dalekiego zasięgu. Nie wykazują one właściwości siatki dyfrakcyjnej.siatka dyfrakcyjnasiatki dyfrakcyjnej.

RgW1LRsuOR4SE

Schemat siatki dyfrakcyjnej przedstawiony jako szaro‑niebieskie poziome pasy. Są równej grubości. Szary pas oznaczono jako d - stała siatki dyfrakcyjnej. Siatkę stanowią równomiernie rozmieszczone szczeliny reprezentowane przez niebieskie pasy. — Siatka dyfrakcyjna
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Stała siatki dyfrakcyjnej (d) to parametr charakteryzujący siatkę dyfrakcyjną. Wyraża on odległość między środkami kolejnych szczelin. Dla promieniowania rentgenowskiego:

jest stanem nietrwałym, w którym brakuje równowagi strukturalno‑teksturalnej;

jest produktem niekrystalicznym.

RA0X21mPpVWgW1

SPOSOBY TWORZENIA SUBSTANCJI AMORFICZNYCH
- TECHNOLOGIE PRZEMYSŁOWE
  - TOPIENIE
  - PRZECHŁODZENIE STOPU
  - FORMOWANIE
  - WITRYFIKACJA (ZESZKLENIE)
  - STABILIZACJA STRUKTURY (ODPRĘŻANIE)
- TECHNOLOGIE SPECJALNE
  - Z FAZY GAZOWEJ
    - METODA CVD
  - Z FAZY CIEKŁEJ
    - METODA ZOL-ŻEL (SYNTEZA SZKIEŁ Z ROZTWORU)

Mapa pojęć pt. Sposoby tworzenia substancji amorficznych
Każde szkło jest ciałem amorficznym, ale nie każde ciało stałe amorficzne jest szkłem.

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Szkło produkowane jest poprzez ochładzanie stopu (fazy ciekłej). Ogrzewane szkło mięknie, następnie staje się ciągliwe, aż do przekształcenia się w ruchliwą ciecz. Proces ten jest odwracalny.

CIAŁO STAŁE	STRUKTURA	OTRZYMYWANIE
krystaliczne	uporządkowania dalekiego zasięgu	proces krystalizacji w określonej temeperaturze
szkliste	uporządkowania bliskiego zasięgu	przeobrażenia strukturalne zachodzące w sposób ciągły

Ciało amorficzne i szkliste wykazują brak uporządkowania dalekiego zasięgu.

R9FdBF97xDjMZ

Ilustracja przedstawiająca porównanie uporządkowania ciała krystalicznego oraz ciała bezpostaciowego. Po lewej stronie znajduje się symbolizujący strukturę ciała krystalicznego sześcian, w którym równomiernie, symetrycznie i w równych odległościach od siebie upakowane są naprzemiennie niebieskie oraz fioletowe kulki. Wdwóch sześcianach znajdują się niebiesko‑fioletowe kulki. Po prawej stronie znajduje się sześcian reprezentujący uporządkowanie dla ciała bezpostaciowego (amorficznego), które nie występuje w dalekim zasięgu. Fioletowe i niebieskie kulki znajdujące się w sześcianie, mogą swobodnie przemieszczać się względem siebie, a ich rozmieszczenie jest przypadkowe. — Ciało krystaliczne ma, w przeciwieństwie do ciała bezpostaciowego, uporządkowaną strukturę.
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Różnica między ciałem stałym krystalicznym a amorficznym dotyczy budowy struktury wewnętrznej. Kulki na rysunku symbolizują indywidua chemiczne o różnych kształtach.

bg‑gray2

Przykłady materiałów amorficznych

RY9PkeJeSlJjS

Przykładem ciał amorficznych naturalnych są opale

{SiO}_{2} \cdot n H_{2} O

(bezpostaciowa uwodniona krzemionka). Zdjęcie przedstawiające kawałek niebieskiego, miejscami błękitnego kamienia szlachetnego - opalu znajdującego się w brązowej skale. Kamień opalizuje, to jest połyskuje i mieni się w zależności od kąta obserwacji. Opal
^{Źródło: Géry Parent, licencja: domena publiczna, dostępny w internecie: commons.wikimedia.org.}, Monacyt to rzadko występujący minerał, który jest mieszaniną soli kwasu fosforowego(

V

), ceru i kilku lantanowców. Zdjęcie przedstawia kawałek monacytu. Brązowy minerał ma kształt wielościanu. Monacyt
^{Źródło: Aangelo, licencja: CC BY-SA 3.0, dostępny w internecie: commons.wikimedia.org.}

bg‑gray3

Szkło z punktu widzenia chemika

RftGXcZyF6GPk1

Stosującprzemysłową technologię topienia i przechłodzenia stopu, szkło produkowane jestz substancji szkłotwórczych, topików, modyfikatorów i surowców pomocniczych.

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Substancje szkłotwórcze:

posiadają wysoką lepkość w stanie stopionym blisko temperatury topnienia;

posiadają wysoką lepkość w stanie stopionym blisko temperatury topnienia;

charakteryzują się niską liczbą koordynacyjnąliczba koordynacyjna liczbą koordynacyjną.

R2JdjFr1v78ca

Główne grupy substancji szkłotwórczych

Pierwiastki
S, Se, Te, As, C, B, Si, P

Tlenki
SiO₂, B₂O₃, P₄O₁₀, GeO₂, As₂O₅

Polimery organiczne

Związki z grupą hydroksylową
alkohole, gliceryna (propano-1,2,3-triol)

RDlwJiKwkkweX

Ilustracja przedstawiająca model kulkowo‑pręcikowy cząsteczki propano-jeden,dwa,trzy-triolu zbudowanego z trójwęglowego łańcucha, w którym atomy węgla reprezentowane przez szare kulki łączą się za pomocą wiązań podwójnych. Pierwszy atom węgla C 1 podstawiony jest dwoma atomami wodoru symbolizowanymi przez białe kulki oraz grupą hydroksylową O H, w której atom tlenu reprezentuje kulka czerwona. Atom węgla C 2 łączy się z jednym atomem wodoru oraz jedną grupą hydroksylową O H, zaś atom węgla C 3 podstawiony jest dwoma atomami wodoru oraz jedną grupą hydroksylową. Zatem jest to związek nasycony, w którym każdy z trzech budujących łańcuch atomów węgla podstawiony jest jedną grupą hydroksylową. — Propano- $1$ , $2$ , $3$ -triol przy temperaturze $- 90 ° C$ przeobraża się w stan szklisty.
Białe kule – atomy wodoru, szare kule – atomy węgla, czerwone kule – atomy tlenu
Źródło: Benjah-bmm27, domena publiczna.

Topniki – związki obniżające temperaturę topienia surowców szkłotwórczych.

Rl8DWc3ezR6fG

Surowce węglanowe
węglan sodu – Na₂CO₃
węglan potasu – K₂CO₃
węglan wapnia – CaCO₃

R1GHSqFR4CuMf1

Ilustracja interaktywna Schemat otrzymywania węglanu sodu opracowany przez Solvaya. Metoda umożliwia ponowne zawrócenie części produktów otrzymywanych w trakcie procesu i ich ponowne wykorzystanie. Zatem proces jest ciągły i w znacznym stopniu cykliczny. Pierwszy etap. Rozkład węglanu wapnia C a C O indeks dolny trzy koniec indeksu do tlenku wapnia C a O i tlenku węgla(cztery). Drugi etap. Reakcja dwutlenku węgla z amoniakiem N H indeks dolny trzy koniec indeksu i wodą. W rezultacie powstaje wodorowęglan amonu, który w trzecim etapie w reakcji z chlorkiem sodu N a C l daje wodorowęglan sodu N a H C O indeks dolny trzy koniec indeksu oraz chlorek amonu N H indeks dolny cztery koniec indeksu C l; Czwarty etap. Wodorowęglan sodu N a H C O indeks dolny trzy koniec indeksu ulega kalcynacji, to jest rozkładowi do węglanu sodu N a indeks dolny dwa koniec indeksu C O indeks dolny trzy koniec indeksu oraz do tlenku węgla(cztery) i wody. Równolegle prowadzona jest reakcja chlorku amonu N H indeks dolny cztery koniec indeksu C l z tlenkiem wapnia C a O prowadząca do powstania amoniaku N H indeks dolny trzy koniec indeksu i wody, a także chlorku wapnia C a C l indeks dolny dwa koniec indeksu. Wspomniane produkty poszczególnych etapów, takie jak woda, amoniak, tlenek węgla(cztery) są zawracane i wykorzystywane ponownie w procesie. 1. N a H C O indeks dolny, trzy, koniec indeksu dolnego – wodorowęglan sodu, 2. H indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, O – woda, 3. C O indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego – tlenek węgla(cztery), 4. N a indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, C O indeks dolny, trzy, koniec indeksu dolnego – węglan sodu, 5. C a C l indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego – chlorek wapnia, 6. C a O – tlenek wapnia, 7. N H indeks dolny, trzy, koniec indeksu dolnego – amoniak, 8. N H indeks dolny, cztery, koniec indeksu dolnego, C l – chlorek amonu, 9. C a C O indeks dolny, trzy, koniec indeksu dolnego – węglan wapnia, 10. N a C l – chlorek sodu, 11. N H indeks dolny, cztery, koniec indeksu dolnego, H C O indeks dolny, trzy, koniec indeksu dolnego – wodorowęglan amonu

Metoda otrzymywania węglanu sodu opracowana w latach

60 .

XIX

wieku przez Ernesta Solvaya. Kliknij na wzór sumaryczny, a poznasz nazwę danego związku chemicznego.

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Modyfikatory – związki modyfikujące właściwości szkła.

RptPbuQGh1tuF

Surowce węglanowe:
węglan baru – BaCO₃
węglan magnezu – MgCO₃

Tlenki
tlenki ołowiu(II) – PbO
tlenek cynku – ZnO
tlenek glinu – Al₂O₃

R2QYIw2K35eHP

Surowce pomocnicze:

R1UsQwWW6N87g

Związki wspomagające odgazowanie stopu (surowce klarujące)

Azotan( $V$ ) sodu – ${NaNO}_{3}$ .
Azotan( $V$ ) potasu – ${KNO}_{3}$ .
Siarczan( $VI$ ) sodu – ${Na}_{2} {SO}_{4}$ .

, Związki barwiące

Związki manganu i niklu, barwiące szkło na fioletowo.
Związki kobaltu i miedzi, barwiące szkło na niebiesko.
Związki żelaza i chromu, barwiące szkło na zielono.
Związki siarki, żelaza z dodatkiem manganu, kadmu i srebra, barwiące szkło na żółto i brązowo.
Związki miedzi, złota i selenu, barwiące szkło na czerwono.

, Związki odbarwiające

Związki kobaltu i selenu.
Ołów.
Nikiel.
Selenian sodu – ${Na}_{2} {SeO}_{4}$ .

, Związki powodujące zmącenie Związki fluoru.

Związki wspomagające odgazowanie stopu (surowce klarujące)
azotan(V) sodu – NaNO₃
azotan(V) potasu – KNO₃
siarczan(VI) sodu – Na₂SO₄

Związki barwiące
1. Związki manganu i niklu, barwiące szkło na fioletowo.
2. Związki kobaltu i miedzi, barwiące szkło na niebiesko.
3. Związki żelaza i chromu, barwiące szkło na zielono.
4. Związki siarki, żelaza z dodatkiem manganu, kadmu i srebra, barwiące szkło na żółto i brązowo.
5. Związki miedzi, złota i selenu, barwiące szkło na czerwono.

Związki odbarwiające
1. Związki kobaltu i selenu.
2. Ołów.
3. Nikiel.
4. Selenian sodu – Na₂SeO₄.

Związki powodujące zmącenie
1. Związki fluoru.

Ciekawostka

R9li9Ado1jlZ0

Zdjęcie przedstawia kieliszki. Za kieliszkami jest pasiaste, różnokolorowe tło, które to załamuje się szkle. — Selenian sodu ( ${Na}_{2} {SeO}_{4}$ ) może służyć do odbarwiania szkła lub barwienia go na różowo.
Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

R15CNAkrUpI3l

Zdjęcie przedstawia kolorowe butelki: od lewej niebieską, zieloną, żółtą, różową, turkusową, czerwoną. — Surowce pomocnicze pozwalają na uzyskanie wielkiej różnorodności produktów szklanych.
Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

Ćwiczenie 1

RhAyBcFeZ0vHv

Ułóż we właściwej kolejności etapy wytapiania szkła. Elementy do uszeregowania: 1. Odparowanie wilgoci z surowców., 2. Klarowanie szkła około

1450

1500 ° C

. Proces przyspieszają dodatki klarujące, np. azotany(

V

), siarczany(

VI

)., 3. Około

785 ° C

– faza ciekła., 4. Rozpuszczają się w fazie ciekłej

{SiO}_{2}

i krzemiany., 5. W temperaturze około

400 ° C

zachodzi reakcja:

{Na}_{2} {CO}_{3} + {CaCO}_{3} ⇄ {Na}_{2} Ca {({CO}_{3})}_{2}

., 6. Wydzielanie

{CO}_{2}

następuje powyżej temperatury

600 ° C

., 7. W temperaturze

573 ° C

ma miejsce przekształcenie

α - {SiO}_{2} \to β - {SiO}_{2}

., 8. Koniec procesu topienia i rozpuszczania składników:

1200

1300 ° C

., 9. Studzenie masy do temperatury formowania

1100

1200 ° C

Ułóż we właściwej kolejności etapy wytapiania szkła.

Rozpuszczają się w fazie ciekłej SiO₂ i krzemiany.
Koniec procesu topienia i rozpuszczania składników: 1200-1300°C.
Klarowanie szkła około 1450-1500°C. Proces przyspieszają dodatki klarujące, np. azotany(V), siarczany(VI).
Odparowanie wilgoci z surowców.
W temperaturze około 400°C zachodzi reakcja: Na₂CO₃ + CaCO₃ ⇆ Na₂Ca(CO₃)₂
Studzenie masy do temperatury formowania 1100-1200°C.
Około 785°C – faza ciekła.
Wydzielanie CO₂ następuje powyżej temperatury 600°C.
W temperaturze 573°C ma miejsce przekształcenie 𝛼-SiO₂⟶𝛽-SiO₂

bg‑gray3

Współczesna produkcja szkła

R1WVYm7yNdzA41

1. Metoda float – produkcja szkła płaskiego Proces produkcji szkła float jest obecnie stosowaną na całym świecie metodą wytwarzania szkła wysokiej jakości, wynalezioną przez firmę Pilkington w

1952

roku. Linia produkcyjna szkła – metoda float. Nazwa proces Piklingtona (inaczej metoda float) pochodzi od nazwiska twórcy – Sir Alastaira Piklingtona. Ilustracja przedstawiająca graficzne produkcję szkła płaskiego. W pierwszym etapie przedstawiono magazyn surowców sypkich, które znajdują się w dużym zbiorniku. Ma tutaj miejsce przygotowanie mieszanki do produkcji szkła. Kolejny etap stanowi wprowadzenie mieszanki do pieca, w którym topione są surowce. Początkowo temperatura w piecu podczas obróbki wynosi tysiąc pięćset pięćdziesiąt stopni Celsjusza, zaś na końcu tysiąc stopni Celsjusza. Następnie przedstawiono zbiorniki, które są wannami cynowymi, w których w temperaturze sześciuset dwudziestu stopni Celsjusza wprowadzane jest szkło . Dalej w komorze odprężania szkło ulega schłodzeniu i jak nazwa wskazuje odprężeniu, po którym następuje cięcie otrzymanego szkła, na schemacie ukazano prostokątne szklane płyty. Finalnie towar jest przygotowywany do wysyłki, co obrazuje ciężarówka, do której wkładane jest szkło płaskie., 2. Metoda produkcji butelek cienkościennych tzw. press – and – blow Proces jest wykorzystywany do produkcji pojemników szklanych z szerokimi otworami. Metoda składa się z dwóch etapów: prasowania i wydmuchiwania. Schemat metody produkcji butelek cienkościennych o szerokich otworach. W pierwszym etapie w formie wstępnej umieszczana jest masa szklana, która potem przyjmuje oczekiwany kształt poprzez umieszczenie jej w walcowatym pojemniku, który w dolnej części posiada stożkowatą część a od góry zostaje zakryty. Otrzymana przez wytłaczanie bańka jest przenoszona do innej formy umożliwiającej pozyskanie ostatecznego kształtu poprzez umieszczenie bańki do dołu dnem i wdmuchanie powietrza. W omawianym przykładzie powstaje słoik. Ładowanie porcji szkła do formy wstępnej. Formowanie bańki odbywa się za pomocą wytłocznika. Ten etap kończy się zamknięciem miejsca formowania wyrobu. Bańka zostaje przeniesiona za pomocą przerzutnika do formy właściwej. Następuje końcowy wydmuch wyrobu, np. słoika., 3. Metoda produkcji butelek cienkościennych tzw. blow – and – blow Polega na wydmuchiwaniu porcji szkła do formy metalowej. Proces kończy się, gdy uzyskamy pożądany kształt. W czasie wydmuchiwania wyrób jest obracany. Ilustracja przedstawiająca podłużną formę, w której umieszczany jest surowiec. W kolejnym etapie materiał dopasowuje się do kształtu formy. Forma jest zamykana, surowiec pod ciśnieniem zostaje upakowany na dnie formy, a następnie od dołu do górnej części formy zostaje wdmuchane powietrze, które doprowadza do dopasowania się surowca do ścianek formy i powstania bańki. Następuje obrót i ponownie wdmuchiwane jest powietrze nadające ostateczny kształt. W bieżącym przykładzie produktem końcowym jest podłużna szklana butelka. Tę metodę stosuje się do produkcji butelek o mniejszych otworach niż średnica podstawy., 4. Metoda produkcji szkła walcowanego Stopione szkło przeciska się pomiędzy dwoma stalowymi walcami, które chłodzi się wodą. Temperatura masy szklanej wynosi około

1000 ° C

. Efektem tej metody jest wyprodukowanie taśmy szklanej o określonej grubości. Ilustracja przedstawiająca maszynę transportową służącą do pozyskiwania szkła walcowanego. Po lewej stronie nieco wyżej znajduje się kanał doprowadzający masę do ekranu ceramicznego. Obie części oddziela przysłona. Z ekranu masa kierowana jest pomiędzy dwa duże walce - gładki walec górny i wzorzysty walec dolny, oba znajdują się nieco niżej niż wspomniany ekran ceramiczny. Dalej wychodząca z pomiędzy walców masa szkła kierowana jest na znajdujące się poniżej małe walce transportujące, gdzie dochodzi do schładzania wyrobu. Metoda szkła walcowanego pozwala uzyskać pożądany wzór na powierzchni szklanej taśmy., 5. Metody ręcznego formowania szkła i zdobienie sposobem hutniczym Jest to metoda, która stanowiła przełom w przemyśle szklarskim. Używa się w niej długiej i cienkiej metalowej rury – piszczeli. Na jej końcu umieszcza się kroplę roztopionego szkła, dmuchając w drugi koniec uzyskuje się wybrany kształt. Ten sposób pozwala uzyskiwać przedmioty o przeróżnych kształtach. Ważnym atutem produktów są cienkie ścianki., 6. Metody rozwłókniania masy szklanej na włókna Istotą procesu jest produkcja szkła przez zmiany temperatur i szybkość chłodzenia. Tlenek krzemu podgrzewa się powyżej

1400 ° C

i gwałtownie schładza. Ilustracja przedstawiająca proces rozwłókniania masy szklanej na włókna. W pierwszej części znajdują się silosy z surowcem, czyli wysokie magazyny o wydłużonym kształcie, w których przygotowywany jest wsad kierowany następnie do piecem. W piecu dochodzi do topienie szkła, a otrzymana masa wyprowadzana jest z pieca i schładzana dzięki obecności natrysku, co pozwala na uzyskanie włókna szklanego. To na tym etapie, dzięki zastosowaniu łódki do snucia, natrysku oraz wyciągarki o walcowatym kształcie ma miejsce rozwłóknianie. Pod piecem znajduje się łódka do snucia i natrysk wodny, na tym etapie dochodzi do rozwłókniania. Pozyskane włókno kierowane jest do aplikatora powłoki chemicznej, po czym po aplikacji zostaje nawinięte na zwój, tak zwany pakiet i poddane procesowi suszenia. Ostatecznie gotowy wyrób jest pakowany. Tworzenie włókna szklanego dzieli się na pięć etapów: przygotowanie wsadu, topienie, rozwłóknianie, pokrywanie z suszeniem i pakowanie., 7. Metody wyciągania włókien światłowodowych Zadaniem światłowodu jest prowadzenie światła przy jak najmniejszych stratach. Dlatego proces jego produkcji powinien być przeprowadzany bardzo precyzyjnie. Schemat produkcji światłowodów. Na początku precyzyjne urządzenie podaje materiał do pieca, gdzie kontrolowana jest średnica rdzenia poprzez zewnętrzny układ sterowania. Pod pierwszym piecem znajduje się drugi, który ma za zadanie wysuszenie pokrycia. Dalej znajduje się precyzyjny bęben odbierający, wyposażony w walcowaty przesuw bębna. Bezpośrednie wyciąganie włókien z preformy. W modyfikacjach procesu produkcji nastąpiło zmniejszenie średnicy preformy. Osiągnięto dokładność produkcji średnicy włókna do

0,1 %

1952

1000 ° C

1400 ° C

0,1 %

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

bg‑gray2

Wyprodukowane szkło może zostać poddane modyfikacjom

RUIgoCwUy9tIN

Zdjęcie przedstawia dwie szyby tzw. szyby zespolone. Kształtem przypominają trójkąt. Przestrzeń pomiędzy jedną a drugą, stanowi warstwę izolacyjną. — Szyby zespolone (szyby izolacyjne), które posiadają wiele zalet i są szeroko stosowane w budownictwie.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

RWUZ3rFit0Geh

Zdjęcie przedstawiające pękniętą szybkę laminowaną, która pomimo uszkodzenia nie uległa rozsypaniu. — Szyby laminowane, które mają wyższe parametry mechaniczne. W czasie uszkodzenia nie ulegają rozsypaniu. Są zatem bezpieczne w eksploatacji i chętnie używane.
Źródło: Georg Slickers, dostępny w internecie: commons.wikimedia.org, licencja: CC BY-SA 3.0.

RtvgVZksg28KU

Zdjęcie przedstawiające wnętrze budynku, a w nim geometryczną konstrukcję architektoniczną składającą się z metalowych prętów, pomiędzy którymi znajduje się szkło. Pełni ona rolę ściany. Sufit zaś stanowią szklane sześcienne bryły. A ścianę w tle nieregularnie połączone szklane szyby. Po lewej stronie znajdują się schody wraz ze szklaną balustradą. — Szkło hartowane, które ma wysoką wytrzymałość na zginanie. Dzięki tej właściwości można z niego wykonać np. stopnie schodów oraz inne szklane konstrukcje.
Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

R1epIYi1HuB5V

Zdjęcie przedstawiające strużki deszczu ściekające po szybie. — Szkło, które może być pokrywane różnymi powłokami i warstwami. W kabinach prysznicowych stosowana jest powłoka hydrofobowa.
Źródło: dostępny w internecie: unsplash.com, domena publiczna.

bg‑gray2

Rodzaje szkła

Szkło znajduje zastosowanie w wielu dziedzinach życia codziennego. Wszechstronność ta wynika z dużej możliwości modyfikowania procesu produkcji i właściwości tego materiału. Na poszczególne cechy różnych rodzajów szkła wpływa jego budowa chemiczna.

bg‑gray1

1. Kwarcowe (krzemionkowe)

Główny ( $99,9 %$ ) składnik ${SiO}_{2}$ , którym jest tlenek krzemu( $II$ ), tlenek krzemu( $IV$ ) – krzemionkakrzemionkakrzemionka, jest odporny na szok termiczny. Rozgrzane naczynie wyprodukowane z tego rodzaju szkła, nie pęknie nawet po włożeniu do wody. Posiada wysoką odporność na działanie wody i silnych kwasów. Szeroko stosowane w badaniach naukowych i procesach przemysłowych dzięki:

przejrzystości optycznej;
małemu przewodzeniu ciepła i prądu elektrycznego;
wysokiej przepuszczalność promieni UVpromieniowanie UVpromieni UV.

R1AT1spa9AMlI

Zdjęcie przedstawia ustawione na ciemnym blacie kolby stożkowe o objętości wynoszącej tysiąc mililitrów sześciennych. — Szkło krzemionkowe wykorzystuje się np. do wyrobów szkła laboratoryjnego.
Źródło: Victor Hugo Lucas Carlos, dostępny w internecie: www.flickr.com, domena publiczna.

bg‑gray1

2. Sodowo‑wapniowe

Najbardziej rozpowszechniony rodzaj szkła. Jest wytwarzane przez stopienie głównie: sody (wodorowęglan sodu ${NaHCO}_{3}$ ), węglanu wapnia ( ${CaCO}_{3}$ ), krzemionki (tlenku krzemu( $IV$ ) ${SiO}_{2}$ ). Dodaje się również małe ilości środków klarujących szkło. Temperatura w piecu wynosi do $1675 ° C$ .

Ro4fdxNzqJyA4

Zdjęcie przedstawia zbite szkło. — Szkło sodowo‑wapniowe jest relatywnie niedrogie i łatwo dostępne.
Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

R12UGWk21aAbD

Zdjęcie przedstawia słoiki z przetworami - z malinami, agrestem, śliwkami. — Wysoki współczynnik rozszerzalności cieplnej powoduje, że ten rodzaj szkła jest mało odporny na nagłe zmiany temperatury.
Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

RTDOR0Xw6fOGe

Zdjęcie przedstawia wazony wykonane z kolorowego szkła z włożonymi do nich kwiatami w odpowiadają szkłu kolorach, od lewej niebieski, fioletowy i różowy. Wazony ustawione są na trawie. — Szkło sodowo‑wapniowe stanowi materiał bazowy dla większości rodzajów szkła. Można stworzyć z niego szkło bezbarwne, kolorowe i wzorzyste.
Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

Rodzaj szkła	${SiO}_{2}$	${Al}_{2} O_{3}$	$MgO$	$CaO$	$BaO$	${Na}_{2} O$
Sodowo‑wapniowe okienne	$72,5$	$1,5$	$3,5$	$9,0$	–	$13,5$
Sodowo‑wapniowe na opakowania	$71,0$	$1,3$	$1,2$	$9,3$	$1,5$	$15,7$
Sodowo‑wapniowe gospodarcze	$74,1$	$0,4$	–	$7,9$	–	$17,4$

1 Źródło: Paweł Cieśla, Małgorzata Nodzyńska, Duch chemii część 2, 2015.

Skład chemiczny szkła sodowo‑wapniowego zależy od jego przeznaczenia.

bg‑gray1

3. Ołowiowe (kryształowe)

Ołów w gotowej masie szklanej jest obecny jako jon modyfikującego ${Pb}^{2 +}$ . Ten rodzaj szkła jest ceniony ze względu na swoją wytrzymałość i walory estetyczne.

RqVjiosUowkmf

Zdjęcie przedstawia szklanki kryształowe. Są ozdobione różnokształtnymi szlifami. — Ozdobne naczynia wykonane z tego szkła są często szlifowane ręcznie.
Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

Rodzaj szkła	${SiO}_{2}$	${Al}_{2} O_{3}$	${Na}_{2} O$	$K_{2} O$	$PbO$
Ołowiowe (kryształowe)	$58,0$	$0,3$	$2,7$	$14,5$	$24,5$

1 Źródło: Paweł Cieśla, Małgorzata Nodzyńska, Duch chemii część 2, 2015.

Szkłem ołowiowym nazywamy szkło, które zawiera ponad $18 %$ tlenku ołowiu( $II$ ).

bg‑gray1

4. Borowo‑krzemowe

Szkło przeznaczone do pracy z kwasami, zasadami. Odporne na niszczące działanie pary wodnej. Sprawdza się w temperaturze pracy ciągłej do $280 ° C$ .

Rodzaj szkła	${SiO}_{2}$	${Al}_{2} O_{3}$	$CaO$	$BaO$	${Na}_{2} O$	$K_{2} O$	$B_{2} O_{3}$
Borowo‑krzemowe neutralne na opakowania farmaceutyczne	$72,0$	$6,7$	$1,3$	$2,1$	$7,8$	–	$9,3$
Borowo‑krzemowe optyczne	$69,6$	–	–	$2,6$	$8,5$	$8,5$	$10,0$

1 Źródło: Paweł Cieśla, Małgorzata Nodzyńska, Duch chemii część 2, 2015.

Odporność na korozję i wysoką temperaturę sprawia, że ten rodzaj szkła wykorzystywany jest zarówno w kuchni, jak i laboratorium.

R1Jk26HWzDiOZ

Zdjęcie przedstawia kilka par okularów. Leżą na białym blacie. W tle znajduje się tablica z literami służąca do sprawdzania ostrości wzroku. — Szkło borowo‑krzemowe stosuje się w optyce.
Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

RiyaAs4eym2sU

Zdjęcie przedstawia różne ampułki. Są ułożone jedna obok drugiej, posegregowane rodzajami. — W opakowaniach leków stosuje się szkło borowo‑krzemowe.
Źródło: dostępny w internecie: maxpixel.net, domena publiczna.

bg‑gray1

5. Wodne potasowe i sodowe

Szkłem wodnym nazywamy wodne roztwory krzemianów, m.in. potasu i sodu. Są ekologiczne i powszechnie stosowane w różnych gałęziach przemysłu.

R16GJl8pTiC2v

Zdjęcie przedstawia proszek do prania. Jest biały, ale ma gdzieniegdzie niebieskie i różowe drobiny. W proszku znajduje się łyżeczka dozująca o pojemności 25 mililitrów. — W skład proszków do prania wchodzi szkło wodne.
Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

RKXfipNWIShh7

Zdjęcie przedstawia drewniane deski. Są ułożone jedna obok drugiej równolegle. — Do impregnacji drewna także używa się szkła wodnego.
Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

R173q7of257Q9

Zdjęcie przedstawia oczyszczalnię ścieków. Można na nim wyróżnić odkrytej, jak i zakryte zbiorniki wodne, wśród nich osadniki, a także infrastrukturę oczyszczalni. — Przydaje się również do uzdatniania wody pitnej i oczyszczania ścieków.
Źródło: jarmoluk, dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

R1AymW5lyVep1

Zdjęcie przedstawia wysypany z plastikowego dozownika proszek do prania. — Wybielacze zawierają szkło wodne.
Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

RlvvkZ7I0rMVf

Zdjęcie przedstawia szkliwioną miskę z kolorowymi paskami na zewnętrznej stronie. — Tak samo farby ceramiczne zawierają je w swoim składzie.
Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

Na przestrzeni wieków udoskonaliła się technologia wytwarzania szkła. Warto uświadomić sobie, że potrzeby rynku powodują ciągłe prace nad powstaniem produktu o nowych parametrach. Obniżanie kosztów produkcji jest bodźcem do badań nad nowymi rozwiązaniami technicznymi w przemyśle szklarskim. Szkło stało się materiałem ogólnodostępnym. Jego produkcja i obróbka zapewnia pracę wielu osobom. Jak podaje Rocznik Statystyczny Przemysłu w Polsce, w roku $2017$ ta gałąź przemysłu zatrudniła $32000$ osób.

Słownik

hydrofobowość

właściwość substancji polegająca na odpychaniu cząsteczek wody

krzemionka

${SiO}_{2}$ tlenek krzemu( $IV$ ); najczęściej krystaliczne ciało stałe o dużej twardości; tworzy minerał o nazwie kwarc – składnik skał, piasku i wielu innych

liczba koordynacyjna

liczba drobin o charakterze donorowym (np. anionów prostych i złożonych oraz cząsteczek elektrycznie obojętnych, zawierających co najmniej jeden atom posiadający wolne pary elektronowe) i otaczających bezpośrednio jon centralny (zwykle wynosi $2$ , $4$ , $6$ , $8$ )

piszczel

metalowa rurka ze stopu żaroodpornego, służąca do wydmuchiwania szkła

promieniowanie UV

promieniowanie elektromagnetyczne o długości fali od $10$ do $400 nm$ , niewidzialne dla człowieka

siatka dyfrakcyjna

przyrząd optyczny, który stanowi układ bardzo wielu, wąskich, równoległych do siebie i równych szczelin

soda oczyszczona

wodorowęglan sodu o wzorze sumarycznym: ${NaHCO}_{3}$ ; związek chemiczny nieorganiczny, zaliczany do wodorowęglanów

uporządkowanie dalekiego zasięgu

regularne uporządkowanie cząsteczek, atomów lub jonów w materiałach; zwykle przyjmuje się, że uporządkowanie jest dalekozasięgowe, gdy regularne struktury w materiale występują na odległościach nie mniejszych niż $100$ - $200$ nanometrów

Bibliografia

Ogłaza L., Szkła wodne sodowe i potasowe – teraźniejszość i nowe wyzwania, Zakłady Chemiczne “Rudniki” S.A., CHEMIK 2010,64,3, 133‑136.

Nodzyńska M., CHEMIA DLA NIE‑CHEMIKÓW podręcznik, Zakład Chemii i Dydaktyki Chemii Uniwersytet Pedagogiczny im. Komisji Edukacji Narodowej, ISBN: 978‑83‑7271‑797‑9.

Pilkington L. A. B., The Float Glass Process, Review Lecture. „Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences”. 314 (1516), s. 1‑25, 1969. The Royal SocietyDOI: 10.1098/rspa.1969.0212.

Shelby J.E., Introduction to Glass Science and Technology, The Royal Society of Chemistry 2005.

Zarzycki J., Materials Science and Technology – Glasses and Amorphous Materials, Vol. 9.

Czarnecki K., Zwiększanie trwałości matryc do przemysłowej produkcji elementów szklanych, POLITECHNIKA WARSZAWSKA Wydział Budownictwa, Mechaniki i Petrochemii, Płock 2016.

www.continentaltrade.com.pl (dostęp 09.02.2021).

www.if.pwr.wroc.pl – materiałoznawstwo optyczne wykład 1 (dostęp 09.02.2021).

www.if.pwr.wroc.pl – materiałoznawstwo optyczne wykład 4 (dostęp 09.02.2021).

brasil.cel.agh.edu.pl (dostęp 09.02.2021).

www.medicaldesignbriefs.com – Draw‑Tower Gratings in Multicore Fiber: A Paradigm Shift in Curvature Sensing (dostęp 09.02.2021).

trucinska.zut.edu.pl – Szkło w budownictwie (dostęp 09.02.2021).

www.metroglass.co.nz (dostęp 09.02.2021).

www.sinograf.com –WŁÓKNO SZKLANE – PROCES TWORZENIA, NOWE TECHNOLOGIE I ŚWIATOWY RYNEK (dostęp 09.02.2021).