Jaké fyzikální vlastnosti má sklo?

Od starověku se okna vyráběla pro prosvětlení a zvýšení komfortu obytných prostor. Protože sklo bylo velmi vzácné, byly místo něj použity jiné materiály. Naštěstí sklo není v dnešní době nic neobvyklého: používá se všude a k různým účelům. Navíc si můžete koupit nejen obyčejné okenní sklo, ale také barevné sklo na výrobu vitráží.

Všechny pevné látky se dělí na krystalické a amorfní. Posledně jmenované mají vlastnost tání při dostatečně vysoké teplotě. Na rozdíl od krystalických těles mají strukturu pouze s malými oblastmi uspořádaně spojených iontů a tyto oblasti jsou navzájem spojeny tak, že tvoří asymetrii.

Ve vědě (chemii, fyzice) se sklo obvykle nazývá všechna amorfní tělesa, která vznikají v důsledku přechlazení taveniny. Tato tělesa jsou díky postupnému zvyšování stupně viskozity vybavena všemi vlastnostmi pevných látek. Mají také vlastnost zvrátit přechod z pevné látky na kapalinu.

Sklo se v každodenním životě nazývá průhledným, křehkým materiálem. V závislosti na jedné nebo druhé složce obsažené v původní skleněné hmotě průmysl rozlišuje následující typy skla: silikátové, boritanové, borosilikátové, hlinitokřemičitanové, borohlinitokřemičitanové, fosfátové a další.

Jako každé jiné fyzické tělo má i sklo řadu vlastností.

Fyzikální a mechanické vlastnosti skla

Hustota skla závisí na složkách obsažených v jejich složení. Skelná tavenina, která obsahuje oxid olovnatý ve velkém množství, je tedy hustší ve srovnání se sklem, které se mimo jiné skládá z oxidů lithia, berylia nebo boru. Průměrná hustota skla (okenního, kontejnerového, jakostního, žáruvzdorného) se zpravidla pohybuje od 2,24 × 10 na kostku – 2,9 × 10 na kostku kg/m3. Hustota krystalu je o něco vyšší: od 3,5 x 10 na kostku – 3,7 x 10 na kostku kg/m3.

Trvanlivost. Ve fyzice a chemii je pevnost v tlaku obvykle chápána jako schopnost materiálu odolávat vnitřnímu pnutí při vystavení jakémukoli vnějšímu zatížení. Pevnost skla v tahu se pohybuje od 500 do 2000 MPa (krystal – 700-800 MPa). Porovnejme tuto hodnotu s hodnotou pevnosti litiny a oceli: 600-1200, respektive 2000 MPa.

Kromě toho stupeň pevnosti konkrétního typu skla závisí na chemické látce obsažené v jeho složení.

Brýle obsahující oxidy vápníku nebo boru jsou odolnější. Sklo s oxidy olova a hliníku se vyznačuje nízkou pevností.

Pevnost v tahu pevnost skla v tahu je pouze 35-100 MPa. Stupeň pevnosti skla v tahu do značné míry závisí na přítomnosti různých defektů, které se tvoří na jeho povrchu. Různá poškození (praskliny, hluboké škrábance) výrazně snižují pevnost materiálu. Pro umělé zvýšení indexu pevnosti je povrch některých skleněných výrobků potažen organokřemičitým filmem.

Křehkost – mechanická vlastnost těles ke kolapsu vlivem vnějších sil. Míra křehkosti skla především nezávisí na chemickém složení složek, které jej tvoří, ale ve větší míře na homogenitě skleněné hmoty (složky obsažené v jejím složení musí být čisté, čisté) a tloušťce skla. stěny skleněného výrobku.

Tvrdost označují mechanickou vlastnost jednoho materiálu odolávat pronikání jiného, ​​tvrdšího. Stupeň tvrdosti konkrétního materiálu můžete určit pomocí speciální tabulky stupnice odrážející vlastnosti některých minerálů, které jsou seřazeny vzestupně, počínaje méně tvrdým, mastkem, jehož tvrdost se bere jako jedna, a konče nejtvrdší – diamant s tvrdostí 10 konvenčně přijímaných jednotek.

Často se tvrdost skla „měří“ broušením, tzv. metodou abrazivní tvrdosti. V tomto případě je jeho hodnota nastavena v závislosti na rychlosti odlupování jednotkového povrchu skleněného výrobku za určitých podmínek broušení.

Stupeň tvrdosti Sklo určitého typu závisí především na chemickém složení jeho složek. Použití oxidu olovnatého při tvorbě skleněné hmoty tedy výrazně snižuje tvrdost skla. A naopak silikátová skla se obrábějí dost obtížně.

Tepelná kapacita je vlastnost těles přijmout a udržet určité množství tepla během jakéhokoli procesu beze změny skupenství.

Tepelná kapacita skla přímo závisí na chemickém složení složek, které tvoří původní sklovinu. Jeho měrné teplo při průměrné teplotě je 0,33-1,05 J/(kgxK). Navíc čím vyšší je obsah oxidů olova a barya ve sklovině, tím nižší je tepelná vodivost. Ale lehké oxidy, jako je oxid lithný, mohou zvýšit tepelnou vodivost skla.

Při výrobě skleněných výrobků je třeba mít na paměti, že amorfní tělesa s nízkou tepelnou kapacitou se ochlazují mnohem pomaleji než tělesa s vysokou tepelnou kapacitou. Taková tělesa také vykazují nárůst množství tepelné kapacity s rostoucí vnější teplotou. Navíc v kapalném stavu toto číslo roste poněkud rychleji. To je také typické pro různé druhy skla.

Tepelná vodivost. Tento termín ve vědě označuje vlastnost těles přenášet teplo z jednoho povrchu na druhý za předpokladu, že tyto mají různé teploty.

Je známo, že sklo je špatný vodič tepla (mimochodem, tato vlastnost je široce používána při stavbě budov). Průměrná úroveň jeho tepelné vodivosti je 0,95-0,98 W/(m x K). Navíc nejvyšší tepelná vodivost byla pozorována u křemenného skla. S poklesem podílu oxidu křemičitého v celkové hmotě skla nebo při jeho nahrazení jinou látkou klesá úroveň tepelné vodivosti.

Počáteční teplota měknutí – to je teplota, při které těleso (amorfní) začíná měknout a tát. Nejtvrdší sklo, křemenné sklo, se začíná deformovat až při teplotě 1200-1500 °C. Ostatní druhy skla měknou již při teplotě 550-650 0C. Je důležité vzít tyto ukazatele v úvahu při práci se sklem různými způsoby: v procesu foukání výrobků, při zpracování okrajů těchto výrobků, jakož i při tepelném leštění jejich povrchů.

hodnota teplota tání konkrétní druh a typ skla je určen chemickým složením složek. Žáruvzdorné oxidy křemíku nebo hliníku tedy zvyšují teplotní úroveň začátku měknutí a nízkotavné oxidy (oxidy sodíku a draslíku) je naopak snižují.

teplotní roztažnost. Tento termín obvykle označuje jev rozpínání velikosti tělesa vlivem vysokých teplot. Tuto hodnotu je velmi důležité vzít v úvahu při výrobě skleněných výrobků s různými povrchovými vrstvami. Dokončovací materiály by měly být vybrány tak, aby hodnota jejich tepelné roztažnosti odpovídala stejnému ukazateli skleněné hmoty hlavního produktu.

Koeficient tepelné roztažnosti sklo přímo závisí na chemickém složení původní hmoty. Čím více alkalických oxidů ve skleněné hmotě, tím vyšší je index tepelné roztažnosti a naopak přítomnost oxidů křemíku, hliníku a boru ve skle tuto hodnotu snižuje.

Tepelná odolnost Zjišťuje se schopnost skla odolávat korozi a destrukci v důsledku prudké změny vnější teploty. Tento koeficient závisí nejen na chemickém složení hmoty, ale také na velikosti produktu a také na množství přestupu tepla na jeho povrchu.

Optické vlastnosti skla

Lom světla – tak věda nazývá změnu směru světelného paprsku při průchodu hranicí dvou průhledných médií. Hodnota znázorňující lom světla od skla je vždy větší než jedna.

Odraz světla – jedná se o návrat světelného paprsku při dopadu na povrch dvou médií s různými indexy lomu.

Rozptyl světla – rozklad světelného paprsku na spektrum při jeho lomu. Množství rozptylu světla skla přímo závisí na chemickém složení materiálu. Přítomnost těžkých oxidů ve sklářské tavenině zvyšuje disperzní index. Právě tato vlastnost vysvětluje jev tzv. hry světla u křišťálových výrobků.

Absorpce světla určit schopnost určitého média snížit intenzitu průchodu světelného paprsku. Míra absorpce světla sklem je nízká. Zvyšuje se pouze při výrobě skla pomocí různých barviv a speciálních metod zpracování hotových výrobků.

Rozptyl světla – Jedná se o vychylování světelných paprsků do různých směrů. Rychlost rozptylu světla závisí na kvalitě povrchu skla. Při průchodu drsným povrchem je paprsek částečně rozptýlen, a proto takové sklo vypadá jako průsvitné. Tato vlastnost se obvykle využívá při výrobě skleněných stínidel a stínidel pro lampy.

Chemické vlastnosti skla

Z chemických vlastností je třeba vyzdvihnout chemickou odolnost skla a výrobků z něj.

Chemická odolnost ve vědě je schopnost těla nebýt ovlivněna vodou, roztoky solí, plyny a atmosférickou vlhkostí. Ukazatele chemické odolnosti závisí na kvalitě skloviny a působícím prostředku. Sklo, které při působení vody nekoroduje, se tedy může při působení alkalických a solných roztoků deformovat.

Sklo je anorganický, odolný, křehký, pro přírodní živly nepropustný, průhledný nebo průsvitný materiál, který se používá v mnoha oblastech našeho každodenního života. Talentovaní sklenáři a designéři v Eraglass pracují se sklem každý den a jeho jedinečné vlastnosti považují za samozřejmost. Zde jsou některá zajímavá fakta o tomto materiálu.

Příčky, ploty, skleněné dveře, sprchové kouty, schodiště, skleněné přístřešky ERAGLASS do kanceláří a mnoho dalšího si můžete objednat na zavolání do kanceláře ERAGLASS.

Složení skla

Sklo se vyrábí z přírodních surovin, které tají při velmi vysoké teplotě. Hlavní složkou skla je písek, ale technicky je hlavní složkou písková složka – křemen, neboli oxid křemičitý (SiO2), křemičitý nebo křemičitý písek.

Křemen je kombinován s dalšími přísadami, které se mohou lišit. Jedná se o prvky jako:

• soda (uhličitan sodný);
• dolomit (minerál z karbonátové třídy);
• vápenec (uhličitan vápenatý);
• střepy (recyklované sklo);
• další chemikálie (oxidy kovů, kobalt).

Sklo se vyrábí ochlazováním roztavených součástí na teplotu mezi +300 a +2500 °C, a to rychlostí dostatečnou k zabránění vzniku viditelných krystalů. K výrobě skla stačí pouze písek, ale teplota potřebná k jeho roztavení bude mnohem vyšší. Z tohoto důvodu se soda přidává jako modifikátor. Díky vápenci je odolnější. Optimální složení je asi 75 % oxidu křemičitého, 10 % vápna a 15 % sody.

Silikátové sklo

Skleněné kompozice jsou navrženy tak, aby vykazovaly různé fyzikální, chemické a optické vlastnosti. Rozmanitost aplikací vyžaduje specifické typy skla a výrobní procesy. V průmyslové výrobě se obvykle používá několik kompozic. Krátce probereme silikátové sklo.

Silikátové sklo je běžné sklo, které se nachází všude. Seznam produktů je téměř nekonečný: od nádobí, dekorativních předmětů, sklenic, laboratorních nádob, žárovek, oken a stovek dalších předmětů, které přímo či nepřímo používáme v každodenním životě.

• sodné vápno;
• potaš-vápno;
• draslík-olovo.

Průmyslové sklo se dělí na stavební sklo, technické sklo, elektrické vakuové sklo, obalové sklo, laboratorní sklo, bezpečnostní sklo, optické sklo a jakostní sklo.

Skleněná konstrukce

Sklo lze tvarovat přirozeně; například na sopkách nebo při úderu blesku na písečnou pláž a lidé ji produkují po tisíce let. Proto může být překvapivé, že naše chápání přesné struktury skla není ani po tak dlouhé době úplné. Velmi často se sklo označuje jako amorfní. Toto slovo pochází z řečtiny a znamená „bez tvaru“. Máme tedy přibližnou představu, že sklo je jaksi beztvaré.

Struktura skla ještě není definitivně stanovena. Existují nesrovnalosti i mezi jeho hlavní hmotou a povrchovou vrstvou. Je to dáno tím, že různá skla mají různé složení. Jeho strukturu navíc ovlivňuje technologický postup.

Uspořádání atomů ve skle

Vlevo: krystalická forma, vpravo: amorfní forma.

Sklo má mystickou kvalitu, pravděpodobně kvůli jeho zvláštnímu chemickému a fyzikálnímu chování. Je dostatečně silný, aby nás ochránil, ale může se rozbít na tisíce kousků. Je vyroben z neprůhledného písku, ale je zcela průhledný. A možná nejpozoruhodnější je, že vypadá a chová se jako pevná látka, ale ve skutečnosti je to maskovaná forma podivné kapaliny. Díky tomu jej lze nalévat, foukat, lisovat a tvarovat.

Chemie skla

Chemické složení skla určuje jeho fyzikální vlastnosti a vlastnosti. V závislosti na hlavní složce jsou to: oxid, fluor, sulfid.

Kysličník

Jsou jednou z mála pevných látek, které propouštějí světlo ve viditelné oblasti spektra. Existují různé druhy oxidového skla. Název závisí na obsahu různých oxidů.

Mezi oxidovými skly fosfát и silikát Brýle jsou dva nejdůležitější materiály a jsou široce používány. Oproti silikátovým sklům jsou fosfátová skla v použití omezená, protože mají nižší teplotu skelného přechodu. A silikátové mají vynikající chemickou odolnost.

Germanát – nejbližší analogy silikátových. Jejich použití výrazně omezuje vysoká cena a nízká chemická odolnost. Mají dobrý lom světla a propustnost světla. Používá se pro optické přístroje.

borosilikát sklo obsahuje nejméně 5 % oxidu boritého. Je odolný vůči extrémním teplotám i chemické korozi.

Díky těmto vlastnostem je borosilikát ideální pro laboratorní použití. Mnoho čoček mikroskopů a dalekohledů je vyrobeno z borosilikátového skla.

Fluorid

Fluoridová skla a optická vlákna se používají k výrobě vícevláknových systémů pro přenos informací. Mají široký rozsah spektrální propustnosti, významnou radiační odolnost a citlivost. Kromě toho lze fluoridová vlákna použít k přímému přenosu světelných vln v médiích, jako jsou lasery, což je vyžadováno pro lékařské aplikace (oftalmologie a stomatologie).

Sulfid

Sulfidové (sulfidovo-zinkové) sklo se získává přidáním oxidu železa a sulfidu zinečnatého do skleněné hmoty, které dodávají materiálu různé odstíny. Široce se používá při výrobě dekorativních prvků, suvenýrů a nádobí.