Жидкое стекло (концентрированные растворы силикатов натрия и калия) получают сплавлением оксида кремния (IV) со щелочами или карбонатами.

SiO₂ + Na₂CO₃ = Na₂SiO₃ + CO₂

Песок сода жидкое стекло углекислый газ

Пропитанные жидким стеклом изделия из дерева и тканей плохо загораются, поэтому таким способом обрабатывают материалы, идущие на изготовление театральных декораций.

Типичные стёклаполучают введениемтретьего компонента - известняка CaCO₃, необходимого для того, чтобы стекло было не растворимым в воде. Процесс получения обычного стекла выражается уравнением:

Na₂CO₃ + CaCO₃ + 6SiO₂ = 2CO₂ + Na₂O • CaO • 6SiO₂

Сода известняк песок типичное стекло

Типичные стёклаподразделяются на:

• 
  Оконное и бутылочное;
  

• 
  Оптическое (с высоким показателем преломления, используется для изготовления оптических линз и декоративного стекла);
  
• 
  Лабораторное (с низким коэффициен­том теплового расширения, используется для изготовления лабораторной и кухонной по­суды);
  
• 
  Биостекло (совместимое с костной тка­нью, используется как покрытие для хирур­гических имплантантов).
  
• 
  Оптическое стекло используется в оптических приборах: фотоаппаратах, микроскопах, очках, лупах.
  

• 
  Фотохромное стекло при облучении ульт­рафиолетовым светом темнеет, после пре­кращения действия света опять просветляют­ся. Это боросиликатные стекла с равномер­ным включением кристалликов галогенидов серебра. При ярком солнечном освещении такие стекла темнеют вследствие протекания реакции разложения галогенида серебра, приводящей к освобождению чистого сереб­ра, но в помещении, в тени или в сумерках катионы серебра снова соединяются с галогенид-анионами, образуя прозрачные соли серебра. Стекло опять пропускает свет.
  

Помимо утилитарного применения (в солнцезащитных очках) такие стекла — от­личный материал для запоминающих уст­ройств компьютеров.

Согласно другой классификации различают следующие стёкла:

---

• 
  Содовое стекло можно легко плавить, оно мягкое, легко поддается обработке, чистое и светлое.
  
• 
  Поташное стекло, напротив, более тугоплавкое, твердое и не такое пластичное, но зато обладает сильным блеском. Зола (с примесями железа) придавала этому стеклу зеленоватый цвет. А так как именно лес давал сырье для изготовления это­го стекла, его называли еще лесным стеклом. На 1 кг поташа шла тонна древесины.
  

• 
  Свинцовое стекло, получаемое заменой оксида кальция оксидом свинца, довольно мягкое и плавкое, но весьма тяжелое. От­личается оно сильным блеском и высоким коэффициентом свето­преломления, разлагая световые лучи на все цвета радуги и вызывая игру света. Эго - хрустальное стекло.
  
• 
  Цветное стекло. Сплавленная из обычных материалов стеклянная масса бесцветна, с легким желтовато-зеленым или голу­бовато-зеленым отливом, вызываемым различными минеральными примесями. Окрашивают стекло, добавляя те или иные оксиды ме­таллов либо до, либо во время плавки.
  

Кроме того, стекло бывает – витражное, тонированное, узорчатое, зеркальное, многослойное, закаленное, тепло-сберегающие, огнестойкое, термостойкое, армированное, бронестекло, ударопрочное, пеностекло и некоторые другие виды. (Приложение 5).
Из стекла производят - стеклопакеты, блоки стеклянные, трубы стеклянные, теплоизоляционные материалы из стекловолокна, конструкционные материалы на основе стекловолокна, плитки стеклянные, стекло-кристаллит.

Производство стекла.

Состав и приготовление шихты.

Для получения стекол используют материалы, которые в зави­симости от их роли делятся на главные (стеклообразователи) и вспо­могательные. К первым относятся двуокись кремния - SiО₂ (в виде бесцвет­ного кварцевого песка или кварца), сода (Na₂CО₃) или сульфат натрия (Na₂SО₄), поташ (К₂CО₃), мел или известняк (CaCО₃), коалин, магнезин, доломит, глет (РbО), борная кислота (Н₃ВО₃) или бура и т. д. Вспомогательными материалами называются вещества, применяемые для изменения свойств стекло­массы. К ним относятся глушители, осветлители (обесцвечиватели),

---

вещества создающие восстановительную или окислительную сре­ду в расплаве, и т. д. В шихту вводят также измельченный стеколь­ный бой и красители. Важнейшие красители и глушители стекла и примерные нормы их введения указаны в таблице № 1 (Приложение 1).

Исход­ные материалы сушат, дробят, размалывают и просеивают. Песок предварительно промывают для удаления глинистых материалов и окиси железа. Все составные части шихты смешивают.



Варка стекла

Варкой стекла называется процесс расплавления шихты до создания однородной стекломассы. При варке стекла происходят слож­ные физико-химические процессы. Они начинаются до расплавления шихты и протекают за счет диффузии в твердой фазе, так как отдель­ные компоненты ее находятся в тонкодисперсном состоянии и имеют большую поверхность соприкосновения.

При нагревании шихты (из Na₂CО₃, CaCО₃, MgCО₃ и SiО₂) частично образуются двойные соли:

*MgCО₃ + Na₂CО₃ = MgNa₂(CО₃)₂ (t = 250°C); *CaCО₃ + Na₂CO₃ = CaNa₂(CО₃)₂ (t = 400°C)

Они вступают в реакции с двуокисью кремния:

*MgNa₂(CО₃)₂ + 2 SiО₂ = MgSiО₃ + Na₂SiО₃ + 2CО₂; * CaNa₂(CО₃)₂ + 2SiО₂ = CaSiO₃ + Na₂SiO₃+ 2CО₂

Стекло, исходными компонентами шихты которого являются кварцевый песок, сода и известь, называют натрий-кальциевым. Оно составляет около 90 % получаемого в мире стекла. При варке карбо­наты натрия и кальция разлагаются в соответствии с уравнениями:

*СаСО₃ = СаО + СО₂; * Na₂CO₃ = Na₂О+ СО₂

В результате в состав стекла входят оксиды SiО₂, Na₂О и СаО (условная формула стекла - Na₂O • CaO • 6SiO₂). Они образуют сложные соединения - силикаты, которые яв­ляются натриевыми и кальциевыми солями кремниевой кислоты. В стекло вместо Na₂О с успехом можно вводить К₂О, а СаО может быть заменен MgO, PbO, ZnO, BaO. Часть кремнезема мож­но заменить на оксид бора или оксид фосфора (введением соедине­

---

ний борной или фосфорной кислот). Каждый из перечислен­ных оксидов обеспечивает стеклу специфические свойства. Поэто­му, варьируя эти оксиды и их количество, получают стекло с заданными свойствами. В таблице № 2 (Приложение 1) приведен состав (в %) некоторых типичных промышленных стекол.

Небольшая добавка к шихте плавикового шпата CaF₂ ускоряет процесс варки стекла.

После окончания химических реакций расплавленная стекло­масса еще не совсем однородна и содержит пузырьки воздуха, дву­окиси углерода, двуокиси серы и др. При дальнейшем нагревании стекломассы (с 1200 до 1500°С) вязкость ее уменьшается, вследствие диффузии выравнивается состав (гомогенизация) и удаляются пу­зырьки газов (осветление).

Варят стекло преимущественно в ванных печах непрерывного действия. Главная часть печи — горизонтальный бассейн (ванна) прямоугольной формы длиной до 40 м, шириной до 10 м и высотой до 1,5 м, выложенный из высоко глиноземистых, содержащих окись циркония, огнеупорных брусьев и перекрытый сводом из динасовых плит. Стекловаренные печи относятся к числу пламенных печей; в них сырье и стекломасса нагреваются сверху пламенем сгорающего газа, проходящего поперек движения стекломассы.

Для изготовления бутылочного и листового стекла применяются также печи с электрическим обогревом.

В горшковых печах стекло варят в горшках из огнеупорных ма­териалов при нагревании топочными газами. Такие печи используют лишь для изго­товления специальных сортов стекла.
Изготовление стеклянных изделий.

Для формования изделий применяют различные способы: вытя­гивание, прокат, выдувание, прессование, отливку. Формование облегчается тем, что вязкость стекломассы при охлаждении возрас­тает постепенно. Это позволяет найти оптимальные условия для каждого способа.

Листовое оконное стекло является главным продуктом стеколь­ной промышленности. Его производят непрерывным машинным способом — вытягиванием листа с поверхности расплавленной стекломассы. (Приложен. №3)

Прокатом готовят листовое полированное стекло. Стекломасса по шамотному желобу (сливу) поступает в пространство

---

между полыми металлическими валками, охлаждаемыми изнутри водой и вращающимися навстречу друг другу. После шли­фования и полирования оно применяется для остекления витрин, кабин автомашин и т. д. и для изготовления зеркал. Подвергая листовое стекло нагреванию и быстрому охлаждению потоком воз­духа (закалка), получают безопасное закаленное стекло. Механичес­кая прочность его значительно больше, чем до закалки, оно приме­няется для остекления кабин автомашин и самолетов.

Выдуванием готовят химическую и тарную посуду (бутылки, банки и др.), а также колбы для электроламп. Изготовление стеклоизделий выдуванием в настоящее время полностью производится машинным способом — автоматическим выдуванием сжатым возду­хом па прессовыдувных машинах.

Прессованием изготовляют различные изделия: банки, стаканы, изоляторы, бусы, пуговицы и т. д. Необходимое количество расплав­ленной стекломассы помещают в чугунную пресс-форму; при опус­кании пуансона (керна) стекломасса равномерно распределяется в пространстве между ним и внутренней поверхностью пресс-формы и затвердевает.

Метод отливки стекломассы в соответствующие стальные формы применяется для изготовления различных архитектурно-строитель­ных и художественных изделий, стекла для оптических приборов.

К числу ценных и важных стеклоизделий относится волокно, которое идет на изготовление стеклянных тканей, пряжи, ваты и т.д. Стекловолокно образуется из тонких струек стекломассы, падая вниз, они вытягиваются и затвердевают, превращаясь в тонкие волокна (2-30 мк), которые собираются в одну нить.

Экспериментальная часть.
№ 1. Опыты с жидким стеклом.

Огнезащитные свойства силиката натрия.

Разбавим сили­катный клей водой в отношении 1:1, пропитаем в получен­ном растворе кусочки различной ткани и древесные лучинки и хорошо высушим. Внесём в пламя образцы обработанного и необработанного материала и сравните их способность к воз­горанию.
№ 2.Получение стекла в лабораторных условиях.

Цель работы:

1. 
   Изучить сущность химических и физико-химических процессов варки стекла.
   
2. 
   Получить 30 г. легкоплавкого стекла, (по 10 г. разного цвета).
   

---

Смотрите также файлы

• Техническое обслуживание, ремонт и восстановление изношенных деталей тормозной системы с гидравлическим приводом..docx

• Контрольная работа по предмету Кристаллография.docx

• Программа дисциплины Цифровая экономика.doc

• Вестник Казнму, 12015.pdf

• Конспект на русском языке (не более 3 страниц А4), описывающий синтаксис и примеры применения оператора whileна языке C(C, C#).rtf