[MegaFilms] present

Кремний

Круговорот углерода в природе Вся земная жизнь основана на углероде. Каждая молекула живого организма построена на основе углеродного скелета. Атомы углерода постоянно мигрируют из одной части биосферы (узкой оболочки Земли, где существует жизнь) в другую. На примере круговорота углерода в природе можно проследить в динамике картину жизни на нашей планете.

Основные запасы углерода на Земле находятся в виде содержащегося в атмосфере и растворенного в Мировом океане диоксида углерода, то есть углекислого газа (CO2). Рассмотрим сначала молекулы углекислого газа, находящиеся в атмосфере. Растения поглощают эти молекулы, затем в процессе ФОТОСИНТЕЗА атом углерода превращается в разнообразные органические соединения и таким образом включается в структуру растений.

Далее возможно несколько вариантов: углерод может оставаться в растениях, пока растения не погибнут. Тогда их молекулы пойдут в пищу редуцентам (организмам, которые питаются мертвым органическим веществом и при этом разрушают его до простых неорганических соединений), таким как грибы и термиты. В конце концов углерод вернется в атмосферу в качестве CO2; растения могут быть съедены травоядными животными. В этом случае углерод либо вернется в атмосферу (в процессе дыхания животных и при их разложении после смерти), либо травоядные животные будут съедены плотоядными (и тогда углерод опять же вернется в атмосферу теми же путями); растения могут погибнуть и оказаться под землей. Тогда в конечном итоге они превратятся в ископаемое топливо например, в уголь.

Если углерод вошел в состав осадочных отложений или ископаемого топлива, он изымается из атмосферы. На протяжении существования Земли изъятый таким образом углерод замещался углекислым газом, попадавшим в атмосферу при вулканических извержениях и других геотермальных процессах. В современных условиях к этим природным факторам добавляются также выбросы при сжигании человеком ископаемого топлива. В связи с влиянием CO2 на парниковый эффект исследование круговорота углерода стало важной задачей для ученых, занимающихся изучением атмосферы.

Кремний и его свойства Кремний (лат. silicium) во многом похож на углерод. По распространенности в земной коре краемний занимает второе место после кислорода ( 28% по массе). В природе существует только в связанном виде, в основном в виде оксида краемания или краемнезема SiO2. Кремнезем известен в двух видоизменениях: кристаллическом и аморфном. Применяют краемний в основном для получения сплавов, восстановления металлов из оксидов, для изготовления полупроводниковых приборов.

В небольших количествах краемний получают восстановлением из краемнезема различными металлами: SiO2 + 2Mg = 2MgO + Si В промышленности краемнезем восстанавливают углем в электрических печах: SiO2 + 2C= Si + 2CO

Структура свободного краемания аналогична алмазу. Кремний - типичный полупроводник. Электронная конфигурация внешнего электронного слоя атома краемания 3s23p2. Кремний, как и углерод, четырехвалентен, валентные электроны находятся на s- и р-орбиталях. Однако в отличие от углерода атомы краемания p-связей, т.е. двойных и тройных связей друг с другом образовывать не могут. Поэтому для краемания не характерна аллотропия, он образует только одну модификацию.

В химическом отношении краемний, особенно кристаллический, мало активен, но активнее углерода. Во всех соединениях краемний четырехвалентен. При обычной температуре он непосредственно реагирует только с фтором: Si + 2F2 = SiF4 Реакционная способность аморфного краемания выше, чем кристаллического. Например, при высокой температуре он взаимодействует с кислородом: Si + O2 = SiO2 Кремний энергично реагирует с растворами щелочей: Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2 Кремний образует также соединение с водородом - силан SiH4. Однако силан очень неустойчив и самовоспламеняется на воздухе и разлагается водой: SiH4 + 2O2 = SiO2 + 2H2O SiH4+ 2H2O = SiO2 +4H2

Диокси́д крае́мания Диокси́д крае́мания (оксид краемания (IV), краемнезём, SiO2) бесцветные кристаллы, апл °C, обладают высокой твёрдостью и прочностью. Свойства Относится к группе кислотных оксидов. При нагревании взаимодействует с основными оксидами и щелочами. Растворяется в плавиковой кислоте. SiO2 относится к группе стеклообразующих оксидов, то есть склонен к образованию переохлажденного расплава стекла. Один из лучших диэлектриков (электрический ток не проводит). Полиморфизм Диоксид краемания имеет несколько полиморфных модификаций. Самая распространенная из них на поверхности земли α-кварц кристаллизуется в тригональной сингонии При нормальных условиях диоксид краемания чаще всего находится в полиморфной модификации α-кварца, которая при температуре выше 573 °C обратимо переходит в β- кварц. При дальнейшем повышении температуры кварц переходит в тридимит и кристобалит. Эти полиморфные модификации устойчивы при высоких температурах и низких давлениях. При высоких температуре и давлении диоксид краемания сначала превращается в коэсит, а затем в стишовит (который впервые был обнаружен на месте эпицентра ядерного взрыва). Согласно некоторым исследованиям стишовит слагает значительную часть мантии, так что вопрос о том какая разновидность SiO2 наиболее распространена на Земле, пока не имеет однозначного ответа. Также имеет аморфную модификацию кварцевое стекло кварцевое стекло

Химические свойства Диоксид краемания SiO2 кислотный оксид, не реагирующий с водой. Химически стоек к действию кислот, но реагирует с плавиковой кислотой: SiO2 + 6HF H2[SiF6] + 2H2O, и газообразным фтороводородом HF: SiO2 + 4HF SiF4 + 2H2O. Эти две реакции широко используют для травления стекла. При сплавлении SiO2 с щелочами и основными оксидами, а также с карбонатами активных металлов образуются силикаты соли не имеющих постоянного состава очень слабых, нерастворимых в воде краемниевых кислот общей формулы xH2O·ySiO2 (довольно часто в литературе не очень точно пишут не о краемниевых кислотах, а о краемниевой кислоте, хотя фактически речь при этом идет об одном и том же). Например, может быть получен ортосиликат натрия: SiO2 + 4NaOH (2Na2O)·SiO2 + 2H2O, метасиликат кальция: SiO2 + СаО СаО·SiO2, или смешанный силикат кальция и натрия: Na2CO3 + CaCO3 + 6SiO2 Na2O·CaO·6SiO2 + 2CO2. Из силиката Na2O·CaO·6SiO2 изготовляют оконное стекло.

Применение Диоксид краемания применяют в производстве стекла, керамики, абразивов, бетонных изделий, для получения краемания, как наполнитель в производстве резин, при производстве краемнеземистых огнеупоров, в хроматографии и др. Кристаллы кварца обладают пьезоэлектрическими свойствами и поэтому используются в радиотехнике и ультразвуковых установках. Диоксид краемания главный компонент почти всех земных горных пород, в частности, кизельгура. Искусственно полученные плёнки диоксида краемания используются в качестве изолятора при производстве микросхем и других электронных компонентов. В пищевой промышленности используется в качестве эмульгатора (пищевая добавка E551).

Кремниевые кислоты Кремниевые кислоты очень слабые, малорастворимые в воде кислоты. Известны соли метакраемниевой кислоты Н2SiO3 (SiO2H2О), ортокраемниевой кислоты H4SiO4 (SiO22H2O) и других кислот с различным числом SiO2nH2О. Гидраты краемнезема с содержанием более 2Н2О на каждую молекулу SiO2 в индивидуальном состоянии, по-видимому, не существуют, однако известны многие их соли. В воде краемниевые кислоты образуют коллоидные растворы. Соли краемниевых кислот применяют в производстве бумаги, в текстильной промышленности, для обработки воды, как связующие материалы. Гели краемниевых кислот (силикагели) используют как адсорбенты и как отбеливающие материалы. Соли краемниевых кислот называют силикатами (силикаты широко распространены в природе). Получение краемниевой кислоты Кремниевая кислота H2SiO3 очень слабая, практически нерастворимая кислота. Кремниевую кислоту можно получить из ее растворимых солей реакцией обмена с сильной кислотой, воспользуемся соляной HCl. Растворимая соль краемниевой кислоты в нашем опыте силикат натрия Na2SiO3. Анион соли соединяется с ионами водорода кислоты – получается нерастворимая, слабая краемниевая кислота. Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3 +2NaCl Оборудование: химический стакан. Техника безопасности. Следует соблюдать правила работы с растворами кислот. Не допускать попадания кислоты на кожу и слизистые оболочки.

Силикаты Силикаты и алюмосиликаты представляют собой обширную группу минералов. Для них характерен сложный химический состав и изоморфные замещения одних элементов и комплексов элементов другими. Главными химическими элементами, входящими в состав силикатов, являются O, Si, Al, Fe2+, Fe3+, Mg, Mn, Ca, Na, K, а также Li, B, Be, Zr, Ti, F, H, в виде (OH)1- или H2O и др. Схемы расположения краемания и кислорода в силикатах. Общее количество минеральных видов силикатов около 800. По распространённости на их долю приходится более 90% минералов литосферы. Силикаты и алюмосиликаты являются породообразующими минералами. из них сложена основная масса горных пород: полевые шпаты, кварц, слюды, роговые обманки, пироксены, оливин и др. Самыми распространёнными являются минералы группы полевых шпатов и затем кварц, на долю которого приходится около 12% от всех минералов.

Cтруктурные типы силикатов В основе структурного строения всех силикатов лежит тесная связь кислорода и краемания; эта связь исходит из кристаллохимического принципа, а именно из отношения радиусов ионов Si (0.39Å) и O(1.32Å). Каждый атом краемания окружен тетраэдрический расположенными вокруг него атомами кислорода. Таким образом, в основе всех силикатов находятся кислородные тетраэдры или группы [SiO4]3, которые различно сочетаются друг с другом. В зависимости от того, как сочетаются между собой краемнекислородные тетраэдры, различают следующие структурные типы силикатов. 1. Островные силикаты, т.е. силикаты с изолированными тетраэдрами [SiO4]4- и изолированными группами тетраэдров: а) силикаты с изолированными краемнекислородными тетраэдрами (См. схему, а). Их радикал [SiO4]4-, т.к. каждый их четырёх кислородов имеет одну валентность. Между собой эти тетраэдры непосредственно не связаны, связь происходит через катионы; б) Островные силикаты с добавочными анионами О2-, ОН1-, F1- и др. в) Силикаты со сдвоенными тетраэдрами. Отличаются обособленными парами краемнекислородных тетраэдров [Si2O7]6-. Один из атомов кислорода у них общий (см. Схему, б), остальные связаны с катионами. г) Кольцевые силикаты. Характеризуются обособлением трёх, четырёх или шести групп краемнекислородных тетраэдров, образующих кроме простых колец (см. Схему в,г), также и "двухэтажные". Радикалы их [Si3O9]6-, [Si4O12]8-, [Si6O18]2-, [Si12O30]18-. Представители: оливины, гранаты, циркон, титанит, топаз, дистен, андалузит, ставролит, везувиан, каламин, эпидот,цоизит, ортит, родонит, берилл, кордиерит, турмалин и др.

2. Цепочечные силикаты, силикаты с непрерывными цепочками из краемнекислородных тетраэдров(см. Схему, д,е). Тетраэдры сочленяются в виде непрорывных обособленных цепочек. Их радикалы [Si2O6]4- и [Si3O9]6-. Представители: пироксены ромбические (энстатит, гиперстен) и моноклинные (диопсид, салит, геденбергит, авгит, эгирин, сподумен, волластонит, силлиманит). 3. Поясные (Ленточные) силикаты, это силикаты с непрерывными обособленными лентами или поясами из краемнекислородных тетраэдров (см. Схему, ж). Они имеют вид сдвоенных, не связанных друг с другом цепочек, лент или поясов. Радикал структуры [Si4O11]6-. Представители: тремолит, актинолит,жадеит, роговая обманка. 4. Листовые силикаты, это силикаты с непрерывными слоями краемнекислородных тетраэдров. (см. Схему, з). Радикал структуры [Si2O5]2-. Слои краемнекислородных тетраэдров обособлены друг от друга и связаны катионами. Представители: тальк, серпентин, хризотил-асбест, ревдинскит, полыгорскит, слюды (мусковит,флогопит, биотит), гидрослюды (вермикулит, глауконит), хлориты (пеннит, клинохлор и др), минералы глин (каолинит, хризоколла, гарниерит и др.), мурманит

5. Силикаты с непрерывними трёхмерными каркасами, или каркасные силикаты (см. Схему, и). В этом случае все атомы кислорода общие. Такой каркас нейтрален. Радикал [SiO2]0. Именно такой каркас отвечает структуре кварца. На этом основании его относят не к окислам, а к силикатам. Разнообразие каркасных силикатов объясняется тем, что в них присутствуют аллюмокислородные тетраэдры. Замена четырёхвалентного краемания на трехвалентный алюминий вызывает появление одной свободной валентности, что в свою очередь влечет за собой вхождение других катионов (например калия и натрия).Ообычно отношение Al к Si равно 1:3 или 1:1.кварцаокисламалюминийвалентностикатионовкалиянатрия

Зависимость облика и свойств от структуры Силикаты, структура которых представлена обособленными краемнекислородными тетраэдрами, имеют изометрический облик (гранаты), гексагональный берилл имеет обособленные шестерные кольца краемнекислородных тетраэдров, силикаты цепочечной и поясной структур обычно вытянуты (амфиболы, пироксены). Особенно наглядны в этом отношении листовые силикаты (слюды, тальк, хлориты). Слои краемнекислородных тетраэдров являются очень прочными, а их связи друг с другом через катионы менее прочная. Расщепить из легко вдоль слоёв. Этим вызывается их спайность и листоватый облик. Полезные ископаемые Силикаты - важные неметаллические полезные ископаемые: асбест, тальк, слюды, каолин, керамическое и огнеупорное сырьё, строительные материалы. Они также являются рудами на бериллий, литий, цезий, цирконий, никель, цинк и редкие земли. Кроме того они широко известны как драгоценные и поделочные камни: изумруд, аквамарин, топаз, нефрит, родонит и др. Происхождение (генезис) Эндогенное, главным образом магматическое (пироксены, полевые шпаты), они также характерны для пегматитов (слюды, турмалин, берилл и др.) и скарнов (гранаты, волластонит). Широко распространены в метаморфических породах – сланцах и гнейсах (гранаты, дистен, хлорит). Силикаты экзогенного происхождения представляют собой продукты выветривания или изменения первичных (эндогенных) минералов (каолинит, глауконит, хризоколла)

«Производство стекла». Все вещества, находящиеся в стеклообразном состоянии обладают несколькими общими физико-химическими характеристиками. Типичные стеклообразные тела: 1. изотопы, т.е. свойства их одинаковы во всех направлениях; 2. при нагревании не плавятся, как кристаллы, а постепенно размягчаются, переходя из хрупкого в тягучее, высоковязкое и в капельножидкое состояние; 3. расплавляются и отвердевают обратимо, вновь приобретают первоначальные свойства. Обратимость прессов и свойств указывает на то, что стеклообразующие расплавы и затвердевшее стекло являются истинными растворами. Переход вещества из жидкого состояния в твердое при понижении температуры может происходить двумя путями: вещество кристаллизуется либо застывает в виде стекла. По первому пути могут следовать почти все вещества. Однако путь кристаллизации обычен только для тех веществ, которые будучи в жидком состоянии, обладают малой вязкостью и вязкость которых возрастает сравнительно медленно, вплоть до момента кристаллизации. Ко второй группе в решающей мере зависят от концентрации щелочей или от концентрации каких либо других избранных компонентов. Зависимость их от состава влияет на: вязкость, электропроводность, скорость диффузии ионов, диэлектрические потери, химическая стойкость, светопропускание, твердость, поверхностное натяжение.

Физические свойства стекла. Плотность обычных натрий-калий-силикатных стекол, в том числе и оконных, колеблется в приделах кг/м 3. При повышении температуры от 20 до 1300 оС плотность большинства стёкол уменьшается на 6-12%, то есть на 100 оС плотность уменьшается на 15 кг/м 3. Предел прочности обычных отожженных стекол при сжатии составляет МПа, оконное стекло МПа. Твердость стекла зависит от химического состава. Стекла имеют различную твердость в пределах МПа. Наиболее твердым является кварцевое стекло, с увеличением содержания щелочных оксидов твердость стекол снижается. Хрупкость. Стекло наряду с алмазом и кварцем относится к идеально хрупким материалам. Поскольку хрупкость четче всего проявляется при ударе, её характеризуют прочностью на удар. Прочность стекла на удар зависит от удельной вязкости.

Теплопроводность. Наибольшую теплопроводность имеют кварцевые стекла. Обычное оконное стекло имеет 0,97Вт/(м. К). С повышением температуры теплопроводность увеличивается, теплопроводность зависит от химического состава стекла. Высокая прозрачность оксидных стекол сделала их незаменимыми для остекления зданий, зеркал и оптических приборов, включая лазерные, телевизионной, кино- и фототехники и так далее. Для строительного листового стекла, оконного, витринного необходимо учитывать, что коэффициент светопропускания прямо зависит от отражающей способности поверхности стекла и от его поглощающей способности. Теоретически даже идеальное, не поглощающее свет стекло не может пропускать света более 92%. Оптические свойства стекла: показатель преломления способность стекла преломлять падающий на него свет. Для производства керамических красителей очень важен показатель преломления. От него зависит насколько сильно будет отражать свет керамическое изделие и как будет выглядеть. Механические свойства: упругость свойство твердого тела восстанавливать свою первоначальную форму после прекращения действия нагрузки. Упругость характеризуют такие величины как модуль нормальной упругости, который определяет величину напряжений, возникающих под влиянием нагрузки при растяжении (сжатии). Внутреннее трение: Стеклообразные системы, обладают способностью поглощать механические, в частности, звуковые и ультразвуковые колебания. Затухание колебаний зависит от состава неоднородностей в стекле. Термические свойства силикатных систем являются важнейшими свойствами как при изучении так и при изготовлении керамических и стеклянных изделий. Удельная теплоемкость: - определяются количеством тепла Q, требуемым для нагревания единицы массы стекла на 1 оС. Химическая устойчивость- устойчивость по отношению к различным агрессив-ным средам - одно из очень важных свойств стекол важно для медицыны. Закаленные стекла разрушаются в 1,5-2 раза быстрее, чем стекла хорошо отожженные. В современном строительстве для оконных, дверных и других проемов применяются специальные стекла с солнце и теплозащитными свойствами. Для этих стекол важно спектральных характер светового потока, прошедшего через осветление, оценка цветового тона. На основе этих характеристик осуществляется выбор определенного вида стекла, а также определение теплотехнических и светотехнических свойств, их влияние на условия работы, дизайн зданий и сооружений.

Общая классификация по химическому составу Неорганические стекла подразделяются на несколько типов: элементарные, оксидные, галогенидные, халькогенидные и смешанные. Элементарные (одноатомные) стекла. Элементарными называются стекла, состоящие из атомов одного элемента. В стеклоподобном состоянии можно получить серу, селен, мышьяк, фосфор. Имеются сведения о возможности остеклования теллура и кислорода. При охлаждении -11 оС дает каучукоподобный прозрачный продукт, нерастворимый в сероуглероде. Оксидные стекла. При определеии класса учитывается природа стеклообразующего оксида, входящего в состав стекла оксид бора, оксид краемания, оксид фосфора. Многие оксиды переходят в состояние стекла лишь в условиях скоростного охлаждения оксид мышьяка, оксид сурьмы, оксид ванадия, либо сами по себе не стеклуются оксид алюминия, оксид вольфрама, однако в комбинациях стеклообразующие свойства резко усиливаются. Силикатные стекла. Главнейшее значение в практике принадлежит классу силикатных стекол. С ними не могут сравниться по распространенности в быту и в технике никакие другие классы стекол. Решающие преимущества силикатных стекол обусловлены их дешевизной, экономической доступностью, высокой химической устойчивостью в наиболее распространенных химических реагентах и газовых средах, высокой твердостью, сравнительной простотой промышленного производства. Боратные стекла. Стеклообразный борный ангидрит легко получается путем простого плавления борной кислоты при оС. Благодаря отличным электроизоляционным качествам и сравнительной легкоплавкости боратные стекла широко применяются в электротехнике. Некоторые боратные стекла представляют интерес для оптотехники.

Стекло органическое - это техническое название на основе органических полимеров: поликрилатов, полистирола, поликарбонатов, сополимеров винилхлорида в соединении с метилметакрилатом. дальнейшая обработка: Переработка литьё под давлением. прозрачная бесцветная пласти­ческая масса, образующаяся при полиме­ризации метилового эфира метакриловой кислоты. Лег­ко поддается механической обработке. Применяется как листовое стекло в авиа- и машиностроении, для изготовления бытовых изделий, средств защиты в ла­ бораториях, строительстве и архитектуре, приборостроении, остекления парников, куполов, окон, в медицине -протезы, линзы в оптике, труб в пищевой промышленности и др. Кварцевое стекло содержит не менее 99% SiO- (кварца). Кварцевое стекло выплав­ляют при температуре более 1700° С из самых чистых разновидностей кристал­лического кварца, горного хрусталя, жильного кварца или чистых кварцевых песков. Кварцевое стекло пропускает ультрафиолето­вые лучи, имеет очень высокую темпера­туру плавления, благодаря небольшому коэффициенту расширения выдерживает резкое изменение температур, стойкое по отношению к воде и кислотам. Кварцевое стекло применяют для изготовления лаборатор­ной посуды, оптических прибо­ров, изоляционных материалов, ртутных ламп, применяемых в медицине и др. Стекло растворимое смесь си­ликатов натрия и калия (или только натрия), водные растворы которых назы­ваются жидким стеклом. Растворимое стекло применяют для изготовления кислотоупорных цемен­тов и бетонов, для пропитки тканей, изго­товления огнезащитных красок, силика-геля, для украепления слабых грунтов и др. Стекло химико-лабораторное стекло, обладающее высокой хи­мической и термической стойкостью. Для повышения этих свойств в состав стекла вводят оксиды цинка и бора. Стекловолокно искусственное волокно широко применяется в химической промышленности для фильтрации горячих кислых и щелочных растворов, очистки горячего воздуха и газов; матариалы из стекловолокна применяются в строительстве и при коррозионно-стойких трубопроводов, при изготовлении электроизоляции и др.

Основы современной технологии получения стекла. Стекловаренная печь. Ванная печь непрерывного действия. Конструктивно печь имеет варочный и выработочный бассейн, соединенные между собой по стекломассе протоком. Для загрузки шихты и стеклобоя печь оборудована двумя загрузочными карманами, расположенными по ее боковым сторонам. Варочный бассейн печи отапливается газообразным или жидким топливом. Для отопления газообразным топливом варочного бассейна, печь оборудована шестью горелками, расположенными с торцевой стены ванной печи, противоположной ее выработочной части. Удаление дымовых газов из стекловаренной печи осуществляется через систему дымовых каналов, оснащенных дымовоздушными клапанами, трубой и дымососом. Стекловаренная печь проточная. Производительность печи-70 тонн в сутки.

Технология получения стекла Технология получения стекла состоит из двух производственных циклов. Цикл технологии стекломассы включает операции: подготовки сырых материалов; смешивания их в определённых соотношениях, в соответствии с заданным химическим составом стекла в однородную шихту; варки шихты в стекловаренных печах для получения однородной жидкой стекломассы. Цикл технологии получения стеклянных изделий складывается из операций: доведения стекломассы до температуры (и вязкости); формования изделий; постеленного охлаждения изделий с целью ликвидации возникающих в процессе формования напряжений; термической, механической или химической (в отдельности либо во взаимном сочетании) обработки отформованных изделий для придания им заданных свойств. Сырые - краемнезём, являющийся главной частью стекла, вводится в виде молотого кварца. Пригодность песка для стекловарения определяется содержанием в нём примесей и зерновым составом. Вредными примесями являются прежде всего соединение железа и хрома, придающие желтовато-зелёный зеленый цвета. Размер зёрен песка примерно 0,2-0,5 мм. Окись алюминия, применяемая в производстве промышленных стекол, вводится с глиной, каолином, гидратом окиси алюминия. Окись натрия вводится с одной кальцинированной содой. Окись калия вводится в виде солей; применяется главным образом в производство посуды, цветных, оптических и некоторых технических стекол. Окись лития используется при выработке опаловых и некоторых специальных стекол. Окись кальция вводится преимущественно в виде мела. Окись бария используется при производстве оптических стекол и хрусталя. Окись цинка применяется в производство оптических, химико-лабораторных стекол. В стекловарении используются материалы, содержащие одновременно горные породы, доменный шлак, стеклянный бой и др.

К вспомогательным сырым материалам относятся осветлители. В качество осветлителей, способствующих удалению из стекла пузырей, применяют в небольших количествах сульфаты натрия и аммония, хлористый натрий, и др. Некоторые из этих веществ одновременно являются обесцвечивателями. В качестве красителей применяют соединения кобальта, никеля, железа, хрома, марганца, селена, меди, урана, кадмия, серу, хлорное золото и др. Белые, мало прозрачные стекла молочные (наиболее заглушенные), опаловые применяются различные фосфаты, соединения сурьмы, олова и др. Стекловарение ведётся при температурах 1400°-1600°. В нём различают три стадии. Первая стадия - варка, когда происходит химическое взаимодействие и образование вязкой массы. Варка стекла производится в стекловаренных печах. Выбор того или иного типа печи обусловливается видом применяемого топлива, ассортиментом вырабатываемых изделий, размерами производства и прочее. Управление современной стекловаренной печью строго контролируется и в значительной мере автоматизировано. Контроль доведён до высокой степени точности. Автоматически регулируются: давление, соотношение газообразного или жидкого топлива и воздуха; количество подаваемого в печь топлива; уровень стекломассы в ванне и другие параметры. Другой способ варки этого стекла сплавление кварцевого порошка в пламени кислородно-водородной горелки. Непрозрачное кварцевое стекло получается путём оплавления кварцевого песка на угольном или графитовом стержне, разогретом электрическим током до 1800°.

Процесс варки стекла некоторых видов, например оптического, кварцевого, стеклянного волокна, отличается специфическими особенностями. Прозрачное кварцевое стекло изготовляется из горного хрусталя в графитовых тиглях, разогреваемых под вакуумом до 1900°2000° индукционными токами высокой частоты, либо прямым пропусканием электрического тока. В конце варки в печь впускают воздух под давлением. Вторая стадия - осветление, происходит удаление пузырьков, а также растворение еще оставшихся нерастворёнными зёрен песка; в этой стадии стекло выдерживается в печи в течение нескольких часов при наиболее высокой температуре. Третья стадия – охлаждение стекломассы, когда она охлаждается до такой температуры при которой становится возможным и наиболее удобным изготовлять из неё те или иные изделия. Формование стеклянных изделий. Метод прессования служат ручных и машинных прессов пружинные формы или эксцентриковые прессы. Метод выдуваниеспецифический метод формования. При производстве немассовых изделий до сих пор применяется ручной способ выдувания. Основным инструментом рабочего выдувальщика является стеклодувная трубка. В течение долгой истории стеклоделия выдувание производилось ртом, ныне сконструированы и применяются «трубки-самодувки». Методом непрерывной прокатки изготовляется листовое стекло, медод заключается в том, что струя стекломассы непрерывно поступает из печи в пространство между вращающимися вальцами, где и прокатывается в ленту, изготовляется листовое стекло, различных видов. Отливка стеклянных изделий в формы встречается на практике редко; так изготовляются, например, крупные диски для астрономических приборов. Способ центробежного литья метод по отливке фасонных труб с раструбами и фланцами в быстро вращающиеся формы. Моллирование способ образования изделий в формах, при подаче в них стекла в виде твёрдых кусков из оптического стекла и получаем крупную стеклянную скульптуру. Отжиг отформованных, еще горячих изделий служит для предотвращения возникновения в них внутренних неравномерных напряжении. Закалка стекла операция, обратная отжигу. Закалённые изделия термически и механически гораздо более прочны. В результате закалки получается небьющееся стекло, применяемое для остекления окон вагонов, самолётов. Чтобы закалить стекло, его разогревают до 600°650°, затем быстро остужают. Горячая обработка стекла включает отколку, отопку, огневую полировку и другие операции. К холодной обработке стекла относятся его резка, сверление, шлифовка и полировка. Старинным способом украшения посуды является живопись по стеклу. Серебрение, а также алюминирование широко применяются в производстве зеркал.

Листовое стекло в строительстве и производстве. Характеристика листового стекла различного ассортимента. Несмотря на то, что стекло как искусственный материал исполь­зуется человеком свыше 6 тыс. лет, машинный способ вертикально­го вытягивания листового стекла был изобретен бельгийским инже­нером Э. Фурко лишь в 1902 г., а в 1913 г. этот способ был реализо­ван в промышленности. Наибольшее количество стекла (свыше 50%) в мире вырабатыва­ется в виде листового стекла. Листовым стеклом называются изделия из стекла, вырабатываемые в виде плоских листов, толщина которых мала по отношению к длине и ширине. В соответствии с разными способами выработки листовое стекло бывает тянутое, прокатное и полиро­ванное. Ассортимент листового стекла, разнообразен служит для остекления оконных и дверных про­емов, фонарей верхнего света и витрин, а также является исходным материалом для стёклопакетов, стевита и стемалита. Оконное стекло бесцветное прозрачное тянутое листовое стек­ ло с гладкими поверхностями. Основными требованиями к оконному стеклу, являются высокая светопрозрачность в зависит от толщины от 84 до 87%, достаточная механическая прочность, высокая химическая стой­кость, минимуи неровности на поверхности, минимум содержания пузырьков и и др. В соответствии с ГОСТ оконное стекло поставляется листами шири­ной мм, длиной мм и толщину мм Витринное стекло, как и оконное, бесцветно и прозрачно и от­ личается от оконного большими размерами. Полированное витрин­ное стекло применяют для остекления витрин и больших световых проемов в торговых и общественных зданиях. Его вырабатывают не­полированным в соответствии с ГОСТ и полированным (ГОСТ ). полированное стекло подвергаю! упрочнению закалкой или изготавливают в виде много слойного стекла- триплекс..

Мебельное стекло преимущественно прозрачное листовое не полированное или полированное стекло. Толщина листов стекла мм, длина мм, ширина мм. Оно может быть также цветным или узорчатым. Зеркальное стекло прозрачное листовое стекло толщиной 4...7,6 мм, высококачественное, тянутое, полированное или получен­ное флоат-способом на поверхности расплавленного олова. Оно предназначено для изготовления зеркал, главным образом мебельных. Безопасные и упрочненные листовые стекла. Безопасными на зывают такие стекла, которые при разбивании от удара не дают ост­рых осколков. К безопасным относят армированное, закаленное и безосколочное многослойное стекло. Армированное стекло - это листовое стекло, внутри которого парал­ лельно плоскости поверхности проложена металлическая сетка Армированное стекло относится к группе безопасных стекол, так как его разрушение не дает падающих осколков. Это позволяет применять его для устройства фонарей промышлен­ных зданий и остекления помещений с повышенными требованиями к безопасности и огнестойкости остекления. Металлическая сетка для армированного стекла должна приме­няться из проволоки со светлой поверхностью из мало­углеродистой стали ГОСТ Армированное стекло изготовляется также и узорчатое. Закаленное стекло представляет собой стекло, подвергнутое специальной термической обработке закалке, в результате чего равномерно распределенные внутренние напряжения, повышается механическая прочность. При испытании на удар при толщине стекла 5 мм оно выдерживает удар стальным шаром массой 800 г с высоты более 1200 мм. Особенностью закаленного стекла является «безопас­ный» характер его разрушения с образованием мелких осколков с тупыми нережущими краями. Оптические свойства, теплофизические и морозостойкость после закаливания практически не изменяются. Закаленное листовое стекло получают двух видов плоское и гнутое и широко применяют для остекления скоростного транс­порта. В строительстве применяют крупногабаритные панели разме­ром мм: двери, перегородки, ограждения, полы, потол­ки. При этом такие панели могут быть прозрачными или непрозрач­ными, матовыми, узорчатыми идр. Закаленные крупногабаритные окрашенные стеклопанели получили название стемалита.

Безосколочное многослойное стекло состоит из нескольких лис­тов стекла, прочно склеенных между собой прозрачной эластичной пленкой органического происхождения. Наибольшее распространение получило безосколочное трехслой­ное стекло триплекс., С помощью закалки или ламинирования это стекло становится безопасным с прочностью, во много раз превышающем прочность обычного стекла. Ламинирование метод, при котором листы стекла и расположенная между ними пленка из бутафоль-поливинилбутерали (ПВЬ) в процессе сжатия соединяются между собой под воздействием высокой температуры и вакуума. В результате этого получается безопасное стекло, выдерживающее высокие механические нагрузки, пожаростойкое и высококачественное по оптическим свойствам. Безопасное стекло применяется в зданиях и сооружениях. Это: стекла фасадов; стекла для светопрозрачных перекрытий; окна, кровельные и стеклянные двери; остекление балконов; теплицы и оранжереи; дверные и промежуточные стены; стеклянные дверцы и полки для мебели; душевые стенки и кабины; стекла для телефонных будок, киосков; панорамные лифты и стекла для лифтов; остекление спортивных помещений; остекление подводных построек;

Листовое стекло со специальными свойствами Благодаря уникальным возможностям стекла изменять свои свойства учеными и работниками стекольной промышленности получены в производстве широкий ассортимент стекол со специальными свойствами. Такие стекла позволяют ультрафиолетовой радиации проникнуть и помещение, снизить перегрев помещений лучистым излучением, устранить дискомфортные явления, возникающие в непосредствен­ной близости от остекления в холодное время года и снизить теплопотери через светопрозрачные ограждения. Для получения стекол со специальными свойствами изменяют хи­мический состав или применяют способы нанесения на поверхность стек­ла различных пленочных и других покрытий, в том числе пленок ме­таллов и их оксидов. Ряд таких стекол приведен ниже. Увиолевые стекла с повышенной прозрачностью в ультрафиоле­товой (УФ) области спектра с длиной волн нм. Эти стекла пропускают УФ лучи в отличие от обычного стекла, которое их по­глощает. Поэтому эти лучи называют биологическими, или лучами жизни, так как благотворно действуют на развитие и жизнедеятель­ность человека, животных и растений.

Стекла, поглощающие ультрафиолетовые лучи, служат для по­ глощения УФ лучей при освещении помещений, в которых хранятся архивные материалы, книги, картины и другие материалы, которые подвергаются разрушению УФ лучами. Их можно разделить на три основные группы: бесцветные, поглощающие УФ; слабо-желтые, поглощающие все УФ лучи; желтые, поглощающие УФ и фиолетовые лучи. Стекла, поглощающие инфракрасные лучи (теплозащитные) пред­назначены для ослабления перегрева помещений на солнечной сто­роне зданий в летнее время. Для этого применяют специальное теп­лозащитное стекло, поглощающее или отражающее часть инфракрас­ных (ИК) лучей. Теплозащитные стекла широко применяются в стро­ительстве, а также для остекления автомобилей. Стекла делятся на теплопоглощающие и тепло-отражающие. Теплопоглощающие поглощают тепловое излучение во всей массе стекла. Теплоотражающие отражают тепловые лучи благодаря тонким металлическим плен­кам нанесенным на поверхность. Существуют два вида: силикатные и фосфатные.

Силикатного стекла пропускают % ИК лучей. Фосфатные теплопоглощающие стекла по сравнению с силикатными имеют преимущества в том, что они бесцветны или слабо окрашены в желтоватые или сероватые тона. и пропускают ИК лучей %. Стекла с металлическими покрытиями. Для получения стекол с тонкими пленками металлов используют золото, серебро, никель, хром, и др. Тонкие пленки метал­лов характеризуются сравнительно высоким светопропусканием поэтому они являются отражаю­щими теплозащитными и солнцезащитными стеклами. Толщина металлических пленок не превышает 0,1...0,2 мкм. При длительном упот­реблении пленки стираются. Для их сохранения наносят защитные прозрачные слои, органических материалов или при исполь­зовании в остеклении монтируют в стеклопакеты металлическими слоями внутрь. Металлические слои на стекле, как и при производстве зеркал, наносят испарением соответствующего металла в вакууме. Стекла с оксидно-металлическими пленками имеют большую прочность и химическую стойкость. Оксидные пленки прочно за­краепляются на поверхности стекла, увеличивая его прочность на %. По областям применения с такими пленками различают следую­щие виды стекол: поглощающие ультрафиолетовое излучение; поглощающие ту или иную часть видимой области спектра (цветные, тонированные); задерживающие тепловую радиацию солнца (теплозащитные); отражающие длинноволновую ИК радиацию (теплоотражаю­щие); токопроводящие;

Теплоотражающие прозрачные бесцветные стекла получают с применением пленок из оксидов олова. Эти стекла отражают от 60 до 90%, сохраняя светопрозрачность в преде­лах %. Они используются в качестве тепловых экранов на пред­приятиях с интенсивным вьщелением тепла. В строительстве исполь­зуются в качестве теплоизоляционного остекления в районах Край­него Севера. Солнцезащитные, или теплозащитные, стекла получают путем нанесения на поверхность стекла пленок оксида олова с примесью оксида сурьмы. Это стекло может иметь светопропускание от 75 до 45 % независимо от его толщины. Оно имеет цвет от серо-голу­бого до сине-фиолетового. Пропускание тепловой радиации солнечного спектра не зависит от плотности окраски и составляет %. Токопроводящие стекла получают на основе оксидов олова, ин­дия, цинка, и др. Чаще всего используют пленки оксида олова, мо­дифицированного примесями сурьмы, фосфора, цинка, фтора и др. Эти пленки прозрачны, бесцветны, их удельное поверхностное со­ противление может быть от 100 м/см 2 и выше, тол­щина пленки не превышает 1 мкм. Бесцветные полупрозрачные зеркала получены на основе стекол с пленкой оксида титана. Эти стекла отражают до 40% видимого света и используются как декоративные для архитектурной отделки зданий. Цветное листовое декоративное стекло применяется в строитель­стве для изготовления витражей, декоративного остекления обще­ственных зданий, детских учреждений, декорирования мебели и дру­гих целей. Накладное стекло, получаемое путем вытягивания одновремен­но бесцветной и цветной стекломассы в виде одной двухслойной лен­ты, используется в строительстве. Накладное стекло с толстым на­кладным слоем используют преимущественно для облицовки, а с тонким в световых проемах, в том числе для витражного стекла.

Марблит непрозрачное утолщенное окрашенное в массе или глушеное стекло, вырабатываемое способом проката. Марблит слу­жит для облицовки внутренних стен, перегородок жилых и обще­ственных зданий, магазинов, а также для отделки мебели. Марблит обычно вырабатывают двух видов толщиной мм; его наружная лицевая сторона может быть полированной, узорчатой, а обратная сторона имеет мелкую продольную нарезку или рифления для закраепления листа при облицовке. Марблиты изготавливают самых разных цветов и преимуществен­но глушеными: желтые, молочные, краемовые, зеле­ные, розовые, а также мраморовидные и др. Стемалит листовое стекло толщиной мм различной фак­туры, покрытое с одной стороны силикатной краской и подвергнутое термообработке для упрочнения стекла и закраепления краски на его поверхности. Стемалит резке не поддается. Его изготавливают из оконного стекла различных цветов: черного, белого, синего и др., используя, эмалевые краски. Стема­лит применяется для наружной и внутренней облицовки зданий, из­готовления многослойных навесных панелей. Размер панели стема­лита 3,2x1,2 м и более, площадь 3,8...7 м 2. Узорчатое стекло это листовое прокатное бесцветное или цвет­ное стекло, имеющее по всей поверхности на одной или обеих сторо­нах рельефный закономерно повторяющийся узор Сочетая в себе свойства светорассеивания и богатые декоративные качества, узорчатое стекло позволяет создавать выразительные интерьеры. Приме­няют для остекления дверей, мебели и других объектов, где не до­ пускается сквозная видимость и требуется рассеянное освещение. Стекло выпускается толщ. 4, 5 и 6 мм. 1200x2500 мм. Стекло «мороз» изготавливают из листового оконного или вит­ринного неполированного стекла путем специальной обработки, в результате которой на поверхности образуется узор. Его выпускают в виде листов толщ. 4 и 5 мм с 1000x1800 мм. При­меняют для остекления внутренних и наружных световых проемов.

Стекло «метелица» получают методом формования ленты на расплаве металла –олова. Оно может быть бесцветным, цветным. Одна поверхность стекла термически полированная, другая име­ет неповторяющийся узор в виде выступающих над поверхностью листа волнистых участков, характер и регулярность которых могут быть заданы при производстве. Узор из линий может быть окрашен или на поверхность может быть напылен металлический зеркальный слой. Размер выпускаемых листов «метелица» 1900x800 мм и 1500x800 мм при толщине 6,5 мм. Используется для остек­ления дверей, перегородок, а также для декоративной отделки инте­рьеров.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ;)