M ức độ khuếch tán
Chương 8: Thủy tinh chịu nhiệt chịu hóa
Nói chung tất cả các loại thủy tinh đều phải có độ chịu nhiệt và chịu hóa nhất định nhưng với một số loại sản phẩm tính chất này là căn bản.
Thủy tinh chịu nhiệt chịu hóa chủ yếu dùng để sản xuất các dụng cụ hóa học nên nó còn có tên là thủy tinh làm dụng cụ hóa học. Trước kia trong thủy tinh làm dụng cụ hóa học không có B2O3 nên khó nấu và hệ số giãn nở nhiệt khá lớn. Đến thế kỉ 20 người ta dần dần cho thêm B2O3 vào cải thiện được nhiều tính chất của nó.
Thủy tinh Borosilicat có ưu điểm là chịu nhiệt tốt ( thủy tinh gọi là bền nhiệt khi có hệ số giãn nở nhiệt α≤ 50.10-7 ) nhưng chịu kiềm kém. Mặc khác qui trình công nghệ, chếđộ nấu loại thủy tinh này cũng khó khăn, đồng thời lượng Borax được sử dụng tương đối lớn nên giá thành sản phẩm tương đối cao.
Trong những năm 30 của thế kỉ 20, thủy tinh thạch anh và thủy tinh có hàm lượng SiO2 cao xuất hiện đã cải thiện nhiều tính năng của thủy tinh làm dụng cụ hóa học nhưng qui trình công nghệ sản xuất 2 loại thủy tinh này rất phức tạp, giá thành sản phẩm cao nên chúng chỉ được dùng trong trường hợp cần yêu cầu kĩ thuật cao. Ngoài ra thủy tinh alumoborosilicat ũng klaf một loại thủy tinh làm dụng cụ hóa học tương đối tốt.
8.1 Thủy tinh dùng trong phòng thí nghiệm
Dùng làm dụng cụ thí nghiệm và các dụng cụ chứa đựng nhiều loại hóa chất khác nhau nên thủy tinh này có 3 yêu cầu cơ bản:
-Có độ chịu hóa cao, chịu được tác dụng của nhiều loại hóa chất khác nhau. -Có độ chịu nhiệt cao.
-Có khảnăng kết tinh bé khi gia công nhiệt.
Để đáp ứng những yêu cầu ấy phải dùng các loại thủy tinh borosilicat, alumoborosilicat hay thủy tinh thuộc hệ nhiều cấu tử phức tạp. Ngoài các ôxyt thường dùng như Al2O3, B2O3, BaO người ta còn dùng thêm ZnO, ZrO2. Thủy tinh dùng trong phòng thí nghiệm có hàm lượng kiềm tương đối ít nên nó có độ chịu hóa cao( đặc biệt đối với nước), chịu nhiệt lớn. Với những dụng cụđun nấu còn chú í sau: Loại bình nhỏ thành mỏng thường dùng thủy tinh có hệ số giãn nở nhiệt α≤ 50.10-7. Độ chịu dao động nhiệt đến 2000C. Loại thành dày, dày đến 1cm thì chịu được đến 500C. Độ bền nước, bền axit phải đạt cấp 1 và bền kiềm phải ở cấp 2. Mặc khác, hình dạng của các bình cũng ảnh hưởng nhiều đến dộ bền nhiệt: Kém bền nhất là loại cốc có mỏ, loại này khi đốt nóng hay làm lạnh đột ngột nó dễ bị vỡ ởgóc đáy bình nơi chịu ứng suất uốn lớn. Để khắc phục điều này người ta dùng bình tam giác bền hơn. Loại bình hình cầu có độ bền nhiệt tốt nhất.
.2 Tấm lọc bằng thủy tinh
Là những tấm có nhiều lỗđược làm từ bột thủy tinh có độ chịu hóa cao thiêu kết lại. Sau khi thành hình, các tấm ấy được hàn vào phiễu thủy tinh .
Chế tạo: Nghiền mảnh thủy tinh có độ chịu hóa cao bằng máy nghiền bi với bi là thủy tinh cùng loại. Phân loại cỡ hạt bằng rây ( đường kính lỗ của tấm lọc tùy thuộc vào kích thước hạt bột thủy tinh ). Ví dụ: Để có tấm lọc với đường kính lõ 100µm phải dùng bột cỡ 0,15-0,2mm. Loại có lỗ 25µm phải dùng bột loại 0,05mm. Sau khi rây chọn cỡ hạt thích hợp thì cho bột vào khuôn có kích thước tương đương với tấm lọc và cho vào lò điện đốt nóng đến nhiệt độ gần với nhiệt độ mềm của thủy tinh ( thiêu kết )
8.3 Thủy tinh ampun
Dùng để bảo quản các loại thuốc. Nếu dùng thủy tinh thông thường chứa thuốc, kiềm dễ bị thôi ra phá hoại các tính năng của thuốc, thậm chí làm cho thuốc kết tủa. Do đó tất cả các loại thuốc tiêm dưới da đều phải chứa trong các dụng cụ làm từ thủy tinh trung tính. Thủy tinh này có đặc điểm không thôi kiềm khi tiếp xúc với thuốc. Mặc khác thủy tinh ampun không được chứa các kim loại nặng như PbO, Sb2O3,As2O3 và nhiều Al2O3, B2O3.
Sau khi sản xuất ra ống để gia công thành ampun phải kiểm tra lại tính chất của thủy tinh: -Xác định độ bền nước bằng cách cho dung dịch phênolphtalêin vào ampun và giữ trong 2 giờở 1200C. Dung dịch vẫn giữđộ trong suốt như lúc đầu là đạt.
-Cho thuốc vào ampun và giữ một thời gian xem thuốc có bị biến chất, bị kết tủa không. Nếu không có gì thay đổi là đạt.
8.4 Thủy tinh làm nhiệt kế
Nhiệt kế từ thủy tinh đầu tiên do Galile Galilei làm vào cuối thế kỉ 16. Nhiệt kế từ thủy tinh thông thường có thể đo đến nhiệt độ 4000C. Loại thủy tinh borosilicat có thể dùng đo đến 5100C. Loại cao SiO2 ( 96%SiO2) có thể đo đến 14000C. Thủy tinh làm nhiệt kế phải đạt những yêu cầu sau:
-Không bị kết tinh khi gia công nhiệt. -Phải là loại thủy tinh khó chảy.
-Có nhiệt độ mềm cao và hệ số giãn nở nhiệt bé.
Thủy tinh này được nấu trong lò nồi như các loại thủy tinh kĩ thuật khác và phải được hấp ủ cẩn thận. Muốn đọc nhiệt độ dễ trong nhiệt kế thường có một nền trắng hoặc màu làm từmen đục hay màu.
8.5 Thủy tinh thạch anh
Nguyên liệu dùng để nấu thủy tinh thach anh là các loại thạch anh tinh khiết. Do nguyên liệu và công nghệ sản xuất khác nhau nên có 2 lạo thạch anh: Thạch anh trong suốt và loại bán trong suốt. Loại bán trong suốt nấu từ cát thạch anh tinh khiết chứa nhiều bọt khí nhỏnên ánh sáng đi vào nó bị tán xạ. Thủy tinh thạch anh trong suốt được nấu từ pha lê thiên nhiên hoặc thủy phân hay ôxy hóa SiCl4 bằng ngọn lửa cao nhiệt.
8.5.1 Tính chất hóa lí của thủy tinh thạch anh
a/ Tính chất cơ học: Thủy tinh thạch anh không trong suốt có mật độ 2,02- 2,08g/cm3 ứng với độrỗng 5-7,5%. Mật độ thạch anh trong suốt 2,2g/cm3. Thủy tinh thạch anh có cường độ chịu nén còn rỗng 5-7,5%. Mật độ thạch anh trong suốt 2,2g/cm3. Thủy tinh thạch anh có cường độ chịu nén còn chịu kéo chịu uốn tương đối nhỏ. Thủy tinh thạch anh không trong là 3000kg/cm2, 230kg/cm2, 450kg/cm2,còn thủy tinh thạch anh trong suốt là 6000kg/cm2, 770kg/cm2, 1150kg/cm2.
b/ Tính chất nhiệt: Hệ số giãn nở nhiệt bé ( α= 5,4 .10-7 ở 200C ) nên có độ bền nhiệt cao. Có thểđốt nóng đến 10000C rồi làm lạnh đột ngột bằng nước lạnh mà không bị nứt vỡ. Nếu sử dụng lâu có