STAKLO

Ana-Marija Bartolinčić i Ana Čaić

Uvod

• Staklo je amorfni nekristalični čvrsti materijal ili pothlađena tekućina .

Svojstva: glatko i optički prozirno.

• Skup spojeva koji su najpoznatiji čini vapnenačko staklo: 75% SiO2 s Na2O, CaO i još nekoliko aditiva.

• Ostali spojevi koji stvaraju staklo: metalne slitine, ionske taline, vodene otopine, molekulske tekućine i polimeri.

Povijest

• Prije 3500 god., Mezopotamija-prvo korišteno staklo

• Rimsko Carstvo-centar proizvodnje u Trieru(Njemačka)

• Naziv stakla- njem. glesun - prozirna stvar

Staklo

• Oksidi: SiO2,B203,GeO2 i P2O5- niska elektronegativnost i sposobnost stvaranja polimera

• Najvažniji tip oksida: SiO2- kvarc, čvrst, tvrd i teško taljiv, pri temp. tališta –viskozan što uzrokuje mjehuriće

• Dodavanjem aditiva kao natrijevog sulfita, kalijevog klorida i antimonovog oksida smanjuje broj mjehurića- modifikatori trodimenzijskih mreža

Staklo

• Prirodno staklo nastaje nakon zagrijavanja dijelova

kvarca u pijesku stvaranjem šupljih , granastih struktura koje još zovemo fulgurit.

Fulgurit-(lat.fulgur-munja), prirodno nastalo staklo u obliku cijevi, a nastaje tijekom udara munje u tlo

Staklo

Aditivi staklu

• Na2CO3: snižuje temperaturu prijelaza kod stakla i pojednostavljuje proizvodnju

- nedostatak,topljivo u vodi pa se dodaje MgO i Al2O3 . • Olovni oksid: smanjuje temp.prijelaza, povećani

refraktivni indeks loma , prekrasna refleksija i povećana optička disperzija

• Torijev oksid: visoka disperzija, - nedostatak:radioaktivan• Željezo- apsorbira infracrveno svjetlo• Cerijev oksid: apsorbira UV svjetlo

Vrste stakala

Industrijsko• silikatna stakla (SiO2),

• soda (Na2CO3),

• vapnenac (CaCO3) ili

• dolomit ( CaMg(CO3)2 )

Laboratorijsko staklo • staklo s velikim udjelom SiO2 uz dodatak B2O3 i alkalijski metali

za veliku kem.inertnost i mali term.koeficijent istezanja

Vrste stakala

Optička stakla- udio stranih iona mjeren u ppm.

Grupe stakala

• Boratno i borosilikatno staklo: prvo staklo izrađeno u Jeni (1920) , poznata pod “Jena-staklo”

• velika kemijska inertnost

• Izolatori za žarulje, rentgenske cijevi i laboratorij

Grupe stakala

• Čvrsto staklo: 99 % SiO2 i 1% H2O – visoka termalna ekspanzija (1000-1500 °C)- cijevi za peći itd.

• Vapnenačko staklo: prozori, žarulje

• Olovno staklo: PbO,(K2O, ZnO) optičko staklo za izradu nakita , kristalno staklo, posuđe

Grupe stakala

• Fosfatno staklo (P2O5) -mala otpornost prema kemikalijama , za zaštitna stakla, dozimetri i posude otporne na fluorovodičnu kiselinu

• Teluritno staklo (TeO2) -ekstremna optička svojstva

Eksperimentalni dio

• Priprava staklo keramike, 55 PbO 45 B(OH)3

• Priprava stakla dopiranog s bakrovim (II) oksidom

• Priprava stakla dopiranog s kobaltovim (II) oksidom

Kemikalije

• Za pripravu stakla koriste se: Pb3O4 (Pb2PbO4) – minij – olovo(II) ortoplumbat(IV),

prah intenzivne crveno-narančaste boje

Slika 1. Minij, Pb3O4

Kemikalije

Borona kiselina B(OH)3 – bijela praškasta tvar

• Za obojenje stakla korišteni su: bakrov(II) oksid – zeleno obojenje i kobaltov(III) oksid – ljubičasto obojenje

Postupak priprave

• U čaši se pomiješa 4,05 g minija i 1,8 g borne kiseline, a za dopiranje dodaju se vrlo male količine CuO ili Co2O3

• Homogena smjesa prebaci se u kvarcni lončić i stavi u mufolnu peć na 900 oC

Slika 2. Kvarcni lončić s homogenom smjesom za pripravu stakla

Postupak priprave

• Žari se 20-30 minuta • Rastaljena smjesa odmah se prebaci u keramičke kalupe i

ohladi

Slika 3. Mufolna peć

Postupak priprave

Slika 4. i 5. Razlijevanje smijese

Rezultati eksperimenta

Slika 6. Dobiveno staklo

Rezultati eksperimenta

• Prilikom hlađenja došlo je do pucanja stakla uslijed naglog pada temperature s 900 oC na sobnu temperaturu (nužne su bile zaštitne naočale i oprezno rukovanje)

• Ovako priređeno staklo nakon žarenja u strukturi sadrži po prilici 55% PbO i 45% B(OH)3

• Staklo je mutno uslijed razlike u indeksima loma

• Na sličan se način može prirediti smjesa i načniti staklo koje se koristi u komercijalne svrhe

Kristalno staklo

• dobiva se ako se kalcijev oksid djelomično zamijeni olovovim(II)oksidom

• teško olovno staklo ima velik indeks loma svjetlosti pa je takvo staklo blistavo

• brušenjem se još pojačava sjaj• rabi se u izradi leća,

kristalnih čaša, vaza, nakita…

Fotoosjetljiva (fotosenzibilna) stakla

• koriste se za izradu naočala• sadrže AgCl koji se pod utjecajem Sunčeva svjetla

raspada• atomi srebra odgovorni za zatamnjenje

Obrada stakla

• Amorfna krutina – nema definirano talište• zagrijavanjem polako omekšava, što omogućuje

njegovu obradu• puhanjem• lijevanjem u kalupe• izvlačenjem• prešanjem

Analiza uzoraka stakla

• važno je utvrditi gustoću i indeks loma• Pomoću mehaničke sile (udara) utvrđuje se

otpornost i lom amorfnog materijala (stakla)• Pomoću polarizirajućeg mikroskopa • Difrakcija X-zraka (iz distribucijske funkcije mogu se

oderditi odeđeni parametri, npr. duljine veza)kada se difrakcija X-zraka bilježi na filmu dobiju se široki difuzni prstenovi kao kod tekučih uzoraka

Staklo u visokoj tehnologiji

• Svjetlosni mikroskopi• Leće• Optička vlakna – telekomunikacijski vodovi

- to su prijenosni medij za elektromagnetske valove visokih frekvencija (1012 – 1015 Hz) koji omogućava prijenos velikog broja informacija- sastoji se od najčišćeg silicijevog stakla- zbog totalne refleksije svjetlost putuje kroz svjetlovod bez raspršenja