آفاق علمية وتربوية موقع متخصص بالثقافة العلمية والتربوية
تدل الدراسات التاريخية أن الزجاج استخدام منذ نحو 3000ق.م ، وقد أستعمل في العديد من المجالات، كصناعة الأكواب الزجاجية و المرايا والأواني وغيرها.
من الطرق الشائعة لتصنيع الزجاج هي خلط كميه كبيره من الرمل مع كميات قليله من الجير و الصودا و تسخينه حتى يصبح كتله من السائل عالي اللزوجة ، يتم بعدها تشكيله بطريقة معينة و من ثم يبرد ليكون زجاجا .
ويمكن تقسيم الزجاج من حيث تركيبه الكيميائي إلى ثلاثة أنواع:
زجاج الصودا: ويشكل ما يزيد عن 90% من الزجاج المستخدم : حيث يحتوي على املاح الصوديوم و كربونات الصوديوم بنسبه عالية .
الزجاج الرصاصي الكريستال: وهو زجاج براق , يستخدم في صناعة التحف و الإكسسوارات .
الكوارتز: ويحتوي على السيليكا بنسبه96% , يتميز بمقاومتة لأعلى درجات الحراره , مما يجعله مناسبًا لصناعه موازين الحراره و الأفران .
و يعتبر زجاج الصودا و الحجر الجيري ( الزجاج المسطح ) هو الزجاج الأكثر شيوعاً و استخداما في العالم ، بحيث تبلغ نسبه هذا النوع من الزجاج أكثر من ( 90% ) من إجمالي الزجاج المستخدم في العالم . أما زجاج البوروسيليكات و هو ما يسمى بزجاج البايركس و الكيموكس فهو يتكون من ( 80% ) من السيلكا و ( 4% ) من القلويات و ( 2% ) من الألمونيوم و ( 13% ) من أكسيد البوريك . و هذه النسب تعطي هذا النوع من الزجاج ثلاث أضعاف قوة زجاج الصودا و الحجر الجيري .
أما زجاج السليكا المنصهر فهو يتكون من ( 100% ) من السيلكا و هو يعتبر من الزجاج العالي التكلفة و هو مقاوم للصدمات .
و أهم خاصيه للزجاج من ناحيه تصنيعه هي لزوجته و التي تتعلق بدرجات الحرارة ، لذا فإن زجاج السليكا النقي له لزوجه عالية و يحتاج إلى حرارة عالية جداً للتخلص من الفقاعات الموجودة فيه .
و هذا الشيء يجعل من صناعة زجاج السليكا النقي مكلف جداً.لذا و لأسباب علمية يلزم إضعاف زجاج السليكا لكي يسهل تصنيعه بشكل اقتصادي . و من واقع الخبرة ، يتضح أن اكسيدات المعادن القلوية هي خير وسيلة لتحقيق ذلك .
و يكمن السر في ذلك بأن كل ذرة سيليكون ترتبط بأربع ذرات فقط من الأكسجين ، و أن أي ذرات إضافيه من الأكسجين تعمل خلخلة التشكيل المتماسك و القوي و المكون من سيليكون – اكسجين – سيلكون . لذا أصبح من السهل علينا تغيير تركيب زجاج السيليكا و جعله أكثر تحركاً ، و ذلك باستخدام أكسيدات المعادن القلوية .
و تعتبر هذه أكسيدات المعادن القلوية من أهم عوامل الصهر المستخدمة في صناعة الزجاج ، و أكثر هذه الأكسيدات استخداما هي الصودا التي تعتبر أرخصها ثمنا ، وقد استخدمت أكسيدات معادن أخرى القلوية لهذا الغرض مثل ( البوتاسيوم و الليثيوم … الخ ) .
المركبات المستخدمة في صناعة الزجاج :
هناك عناصر و مركبات كيميائية ضرورية صناعة الزجاج بأشكاله و أنواعه المعروفة بحسب الاستخدام ، من أهمها :
1- الجير : يستخدم كمحلول مائي لتصنيع الزجاج . و يستخدم جير الكالسيوم و الدولوميت بكميات كبيرة مع الرمل و كربونات الصوديوم و المصابيح الكهربائية .
2- أكسيد الرصاص : يعتبر من المكونات الرئيسية لأنواع الزجاج الظراني الذي يتميز بمعامل انكسار عال ، و عادة ما تشتمل على نسبة كبيرة من البوتاس ( يعطي الزجاج بريقاً و لمعاناً و في نفس الوقت مقاوم للكهرباء و الحرارة ) .
3- أكسيد البوريك : يخفض من درجه لزوجه السليكا دون أن يزيد من تمددها الحراري ، و مع إضافه كمية قليلة من اكسيد الألمونيوم يحافظ على شفافية الزجاج ، و يجعله أكثر مقاوما للحرارة ( البايركس ) ، و هي تستخدم في صناعة أدوات المخابز و أجهزة المختبرات و الأنانبيب الصناعية لقدرتها على مقاومة التغيرات المفاجئة في درجات الحرارة و تحملها للتأثيرات الكيميائية .
4- أكسيد الألمونيوم و الجير : يستخدم هذا الخليط بنسبة كبيرة في الزجاج مع ( 10% ) من أكسيد البوريك و قليل من القلويات لصناعة الزجاج الليفي .
صناعة الزجاج
يصنع الزجاج بطريقة التسخين إلى درجات الحرارة العالية حتى الحصول على الحالة العجينية للخليطة ومن ثم تتم عملية القولبة للعجينة بحسب الشكل المراد الحصول عليه ، وطبعاً هنالك العديد من العوامل التي يجب مراعاتها ولكن هذه هي الطريقة العامة، وباختصار يمكننا القول أن صانع الزجاج يقوم بخلط كمية كبيرة من الرمل مع كميات قليلة من الجير والصودا وغيرها من المواد ليعطي للزجاج بعض الخواص.
ويمكن أن تتكون المكونات الأخرى من الألمنيوم وأكسيد الزرنيخ الأبيض بتسخين هذا الخليط أو جزء منه في فرن حتى يصبح كتلة من السائل الكثيف اللزج . وعندما يبرد هذا المزيج يصبح زجاجا . وتستعمل ملايين الأطنان من الرمل كل سنة لصنع الزجاج. ومع ذلك فإن هناك أنواعا خاصة من الزجاج تصنع دون أن يستعمل فيها الرمل مطلقاً .
