แก้วเป็นของแข็งประเภทใด? อธิบายของแข็งอสัณฐานและผลึก

แก้วเป็นของแข็งสัณฐาน แก้วมีโครงสร้างไม่เป็นระเบียบและไม่ซ้ำกัน ต่างจากของแข็งที่เป็นผลึก เช่น ควอตซ์หรือเกลือแกง ซึ่งมีโครงตาข่ายอะตอมเป็นคาบ มีความแข็งภายใต้การดูแลตามปกติ แต่ในระดับโมเลกุลจะมีลักษณะคล้ายกับของเหลวแช่แข็ง การผสมผสานดังกล่าวเป็นสาเหตุว่าทำไมแก้วจึงมักถูกอธิบายว่าไม่ใช่ของแข็งจริงหรือของเหลวจริง แต่คำศัพท์ทางวิทยาศาสตร์วัสดุที่ถูกต้องคือของแข็งอสัณฐาน

อะไรทำให้ของแข็งสัณฐาน?

ของแข็งมักแบ่งออกเป็นสองตระกูลใหญ่: ผลึกและอสัณฐาน ของแข็งที่เป็นผลึกมีรูปร่างและคุณสมบัติเชิงกลจากการจัดเรียงอะตอมหรือโมเลกุลสามมิติซ้ำๆ โครงตาข่ายนี้ให้จุดหลอมเหลวที่คมชัด และอธิบายว่าทำไมพวกมันถึงแตกตามระนาบความแตกแยกที่คาดเดาได้ ในทางตรงกันข้าม ของแข็งอสัณฐานไม่มีลำดับคาบเป็นช่วงระยะยาว อะตอมจะถูกบรรจุแบบสุ่ม เหมือนกับของเหลว แต่วัสดุนั้นจะถูกตรึงอย่างมีประสิทธิภาพเนื่องจากความหนืดภายในนั้นมีมหาศาล

ความแตกต่างไม่ได้เป็นเพียงวิชาการเท่านั้น ควบคุมวิธีที่วัสดุตอบสนองต่อความร้อน ความดัน และการโจมตีทางเคมี สำหรับแก้ว โครงสร้างอสัณฐานทำให้เกิดพฤติกรรมไอโซโทรปิก: คุณสมบัติของแก้ว เช่น การขยายตัวทางความร้อนและการหักเหของแสง จะเหมือนกันในทุกทิศทาง นั่นคือสาเหตุที่ปริซึมแก้วหักเหแสงสม่ำเสมอ และเหตุใดบีกเกอร์แก้วจึงไม่มีทิศทางการแตกหักที่ต้องการ เมื่อนักเคมีเพิ่มอุณหภูมิของของแข็งที่เป็นผลึก มันจะคงสถานะของแข็งจนกระทั่งจุดหลอมเหลว จากนั้นจะเปลี่ยนสถานะอย่างกะทันหัน แก้วจะอ่อนตัวลงอย่างต่อเนื่อง ดังนั้นอุณหภูมิในการทำงานจะต้องอยู่ต่ำกว่าจุดอ่อนตัวมาก

เหตุใดแก้วจึงไม่ใช่ของเหลว

ตำนานที่ยังคงมีอยู่กล่าวว่าแก้วเป็นของเหลวที่มีความเย็นยิ่งยวดซึ่งยังคงไหลอย่างต่อเนื่อง โดยอ้างถึงหน้าต่างโบสถ์เก่าที่หนากว่าที่ด้านล่าง เรื่องราวนั้นทำให้ประวัติศาสตร์การผลิตเข้าใจผิดว่าเป็นพฤติกรรมทางกายภาพ กระจกหน้าต่างในยุคกลางมักทำด้วยการหมุนจานและปล่อยให้ขอบหนาขึ้น และช่างกระจกก็จงใจติดตั้งขอบที่หนักกว่าลง การวัดสมัยใหม่แสดงให้เห็นว่ากระจกที่อุณหภูมิห้องไม่ไหลตามช่วงเวลาที่สังเกตได้ ความหนืดอยู่ที่ 10 ²⁴ ปาสคาล-วินาที ดังนั้นเวลาการไหลของลักษณะเฉพาะจึงยาวนานกว่าอายุของจักรวาลอย่างมาก

คำว่าของเหลวเย็นยิ่งยวดบางครั้งใช้เพื่ออธิบายสถานะเหนือการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว แต่อยู่ต่ำกว่าจุดเยือกแข็งปกติ ในระบบการปกครองนั้น วัสดุยังคงเป็นของเหลว แต่เมื่อผ่านอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว ก็ควรจะเรียกว่าแก้ว แก้วมีสถานะไม่สมดุลในทางอุณหพลศาสตร์ เมื่อของเหลวหลอมเหลวเย็นตัวลง ของเหลวนั้นอาจผ่านการตกผลึกและเข้าสู่บริเวณของเหลวที่เย็นยิ่งยวด การระบายความร้อนเพิ่มเติมจะทำให้เกิดการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว ซึ่งการจัดเรียงโมเลกุลใหม่จะช้ามากจนวัสดุมีพฤติกรรมเป็นของแข็ง นี่คือสาเหตุที่แก้วถูกจำแนกได้ดีกว่าว่าเป็นของแข็งอสัณฐาน เนื่องจากเป็นของแข็งในแง่กล แต่ไม่มีโครงตาข่ายคาบที่กำหนดของแข็งที่เป็นผลึก

แก้วก่อตัวอย่างไร: จากการหลอมเหลวไปจนถึงของแข็งอสัณฐาน

แก้วเชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่เริ่มต้นด้วยทรายซิลิกาบวกกับฟลักซ์และความคงตัว แบทช์ได้รับความร้อนถึงประมาณ 1,500 °C โดยที่ส่วนประกอบจะละลายเป็นของเหลวหนืด ในระหว่างการทำความเย็น หนึ่งในสองสิ่งสามารถเกิดขึ้นได้: หากของเหลวที่หลอมละลายตกผลึก คุณจะได้ของแข็งที่มีความหนาแน่น ทึบแสง หรือโปร่งแสง โดยมีจุดหลอมเหลวที่กำหนดไว้ หากสารหลอมเย็นลงอย่างรวดเร็วเพียงพอหรือมีสารเติมแต่งที่รบกวนการเกิดนิวเคลียส จะเกิดเป็นแก้ว

กระบวนการขึ้นรูปแก้วสามารถสรุปได้เป็น 4 ขั้นตอน:

1. การหลอม: วัตถุดิบหลอมรวมเป็นของเหลวที่เป็นเนื้อเดียวกัน
2. การกลั่น: ฟองอากาศจะถูกขจัดออกและทำให้อุณหภูมิเป็นเนื้อเดียวกัน
3. ซูเปอร์คูลลิ่ง: สารที่ละลายจะเย็นตัวลงต่ำกว่าจุดเยือกแข็งโดยไม่เกิดผลึก
4. การเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว: ความหนืดเพิ่มขึ้นจนถึงจุดที่โครงสร้างกลายเป็นน้ำแข็งโดยจลนศาสตร์

การเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วไม่ใช่จุดหลอมเหลวเป็นเหตุการณ์สำคัญ เหนืออุณหภูมิการเปลี่ยนผ่าน วัสดุจะเป็นของเหลวที่เป็นยางหรือหนืด ด้านล่างเป็นวัสดุที่เป็นกระจกแข็ง อัตราการทำความเย็นก็มีความสำคัญเช่นกัน อัตราการทำความเย็นที่ช้าจะทำให้โมเลกุลมีเวลาในการจัดเรียงตัวเป็นผลึก ในขณะที่อัตราการทำความเย็นที่รวดเร็วจะข้ามการตกผลึก นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมเส้นใยแก้วบางจึงก่อตัวได้ง่าย ในขณะที่กระจกหล่อที่มีความหนาต้องการการระบายความร้อนที่ช้ากว่าและควบคุมอย่างระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงความเครียดภายใน

ประเภทของกระจกทั่วไป

กระจกแต่ละอันไม่เหมือนกัน โครงข่ายอะตอมสามารถปรับเปลี่ยนได้ด้วยออกไซด์เพื่อเปลี่ยนคุณสมบัติทางแสง ความร้อน และทางเคมี เพื่อวัตถุประสงค์ในทางปฏิบัติ มี 3 ครอบครัวที่มีอำนาจเหนือ:

• แก้วโซดาไลม์ เป็นประเภทที่พบมากที่สุดและถูกที่สุด ใช้สำหรับบานหน้าต่าง ขวด ​​และเครื่องใช้บนโต๊ะอาหารในชีวิตประจำวัน มันนิ่มลงที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำและมีความต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน
• แก้วบอโรซิลิเกต ประกอบด้วยโบรอนไตรออกไซด์ ซึ่งช่วยลดค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน และปรับปรุงความต้านทานต่อกรด เบส และการหมุนเวียนของอุณหภูมิ เป็นวัสดุมาตรฐานสำหรับเครื่องแก้วในห้องปฏิบัติการ และยังใช้ในเครื่องครัวและบรรจุภัณฑ์ยาอีกด้วย
• แก้วตะกั่ว มีสารตะกั่วออกไซด์เพิ่มดัชนีการหักเหของแสงและให้รูปลักษณ์ที่สดใสเป็นประกาย ใช้สำหรับเลนส์สายตาและวัตถุคริสตัลตกแต่ง แต่มีความทนทานทางเคมีน้อยกว่าแก้วบอโรซิลิเกต

ตัวเลขทำให้เห็นความแตกต่างชัดเจน แก้วโซดาไลม์มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนประมาณ 9 × 10 ^-6 K ^-1 และแตกหักง่ายจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิกะทันหัน แก้ว Borosilicate 3.3 ที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวใกล้ 3.3 × 10 ^-6 K ^-1 สามารถทนต่ออุณหภูมิที่แตกต่างกัน 100 เคลวินขึ้นไป นั่นคือเหตุผลที่แก้วบอโรซิลิเกตเป็นวัสดุที่ต้องการสำหรับเครื่องแก้วในห้องปฏิบัติการ ตัวอย่างที่เชื่อถือได้คือ บีกเกอร์แก้วบอโรซิลิเกตรูปแบบต่ำ ซึ่งให้การมองเห็นปฏิกิริยาที่ชัดเจนในขณะที่ทนต่อการนึ่งฆ่าเชื้อซ้ำๆ

ขายส่งต่ำแบบฟอร์มบีกเกอร์เคมีห้องปฏิบัติการ Borosilicate แก้วใส Be Shanghai Heqi Glassware Co., Ltd. คือจีนขายส่งบีกเกอร์แบบต่ำห้องปฏิบัติการเคมี Borosilicate แก้วใสซัพพลายเออร์บีกเกอร์... ดูผลิตภัณฑ์ →

เหตุใดประเภทแก้วจึงมีความสำคัญในห้องปฏิบัติการ

งานในห้องปฏิบัติการทำให้กระจกสัมผัสกับตัวทำละลาย กรดแก่ จานร้อน และสุญญากาศ บีกเกอร์โซดาไลม์อาจผ่านความร้อนเล็กน้อยได้นานถึงหนึ่งชั่วโมง แต่อาจแตกได้เมื่อวางบนม้านั่งที่เย็น แก้ว Borosilicate 3.3 ขยายตัวได้น้อยกว่ามาก จึงทนต่อการไล่ระดับความร้อนได้โดยไม่แตกร้าว การเลือกประเภทกระจกที่เหมาะสมเป็นการตัดสินใจด้านความปลอดภัย ไม่ใช่แค่การตัดสินใจด้านงบประมาณเท่านั้น

ความเข้าใจ บีกเกอร์แก้วใช้ทำอะไรในห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์ ช่วยหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดในการจัดการทั่วไป แม้จะใช้กับแก้วบอโรซิลิเกต คุณไม่ควรให้ความร้อนแก่ภาชนะที่มีรอยขีดข่วนหรือบิ่น หรือจุ่มลงบนพื้นผิวที่เปียกโดยตรง นิสัยในห้องปฏิบัติการที่ดีช่วยยืดอายุการใช้งานของเครื่องแก้วทุกชิ้น

สำหรับปฏิกิริยาที่ปริมาตรสูงขึ้น รูปทรงของถังมีความสำคัญพอๆ กับวัสดุ ก ขวดก้นกลมคอเดียวคลาส A กระจายความเครียดอย่างสม่ำเสมอและเข้ากันได้ดีกับข้อต่อเรียวมาตรฐาน ทำให้เป็นตัวเลือกที่เชื่อถือได้สำหรับการไหลย้อน การกลั่น และการระเหยแบบหมุน เครื่องหมายคลาส A หมายถึงความคลาดเคลื่อนของปริมาตรได้รับการตรวจสอบแล้ว ซึ่งจำเป็นสำหรับงานเชิงปริมาณ เมื่อคุณต้องการควบแน่นไออย่างมีประสิทธิภาพ ก คอนเดนเซอร์ Liebig พร้อมข้อต่อเทเปอร์มาตรฐาน เชื่อมต่อโดยตรงกับขวดและให้ความสามารถในการทำความเย็นสูงโดยไม่มีการไหลของน้ำมากเกินไป

ขายส่งซัพพลายเออร์คอนเดนเซอร์ Liebig โรงงาน - Shanghai Heqi Glassware Co., Ltd Shanghai Heqi Glassware Co., Ltd. คือจีนขายส่ง Liebig Condenser ซัพพลายเออร์และโรงงาน, Borosilicate แก้ว Liebig คอนเดนเซอร์สำหรับทุกวัน... ดูผลิตภัณฑ์ →

ขายส่งขวดก้นกลมคอเดี่ยว (Class A) ซัพพลายเออร์โรงงาน - เซี่ยงไฮ้ Shanghai Heqi Glassware Co., Ltd. คือจีนขายส่งขวดก้นกลมคอเดี่ยว (Class A) ซัพพลายเออร์และโรงงาน Class A แก้วคอเดี่ยว ดูผลิตภัณฑ์ →

ส่วนประกอบแต่ละชิ้นในชุดกระจกส่งผลต่อประสิทธิภาพ ขวดก้นกลมที่มีผนังหนาสามารถใช้ได้ภายใต้แรงกดดันที่ลดลง แต่ขวดรูปชมพู่แบบบางไม่สามารถทำได้ คอนเดนเซอร์ Liebig ที่มีหัวฉีดแบบถอดได้ช่วยให้ทำความสะอาดได้ง่ายกว่าหลังจากการกลั่น ข้อต่อเทเปอร์มาตรฐานช่วยให้ประกอบแบบโมดูลาร์ได้ด้วยอะแดปเตอร์ คอนเดนเซอร์ และขวดจากผู้ผลิตรายเดียวกัน ซึ่งช่วยให้เปลี่ยนได้ง่ายและลดเวลาหยุดทำงาน ห้องปฏิบัติการหลายแห่งยังต้องการส่วนประกอบกระจกแบบกำหนดเองสำหรับการตั้งค่าโรงงานนำร่องเฉพาะทาง และนั่นคือจุดที่ผู้ผลิตที่มีความสามารถในการออกแบบภายในจะมีคุณค่า

โดยสรุป แก้วเป็นของแข็งที่ไม่มีรูปร่างเนื่องจากไม่มีโครงผลึกเป็นคาบและแสดงการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วมากกว่าจุดหลอมเหลวที่แท้จริง ความแตกต่างมีความสำคัญต่อการปฏิบัติในชีวิตประจำวัน: โดยจะบอกคุณว่าทำไมแก้วจึงมีพฤติกรรมเหมือนวัสดุแข็งที่อุณหภูมิห้อง และเหตุใดจึงกำหนดให้แก้วบอโรซิลิเกตสำหรับงานในห้องปฏิบัติการที่มีความต้องการสูง การเลือกประเภทกระจกที่เหมาะสมไม่ใช่เรื่องเล็กๆ น้อยๆ เป็นการตัดสินใจด้านความปลอดภัยและความสามารถในการทำซ้ำ เมื่อคุณซื้อกระจกสำหรับห้องปฏิบัติการ ให้ตรวจสอบเกรดวัสดุ ความคลาดเคลื่อนของข้อต่อ และเครื่องหมายความจุ เนื่องจากฉลากเหล่านี้จะกำหนดว่าแก้วจะทำงานได้อย่างปลอดภัยในกระบวนการของคุณ