Thủy tinh

Thứ năm - 22/01/2015 01:14
Trong dạng thuần khiết và ở điều kiện bình thường, thủy tinh là một chất trong suốt, tương đối cứng, khó mài mòn, rất trơ hóa học và không hoạt động xét về phương diện sinh học, có thể tạo thành với bề mặt rất nhẵn và trơn. Tuy nhiên, thủy tinh rất dễ gãy hay vỡ thành các mảnh nhọn và sắc dưới tác dụng của lực hay nhiệt một cách đột ngột. Tính chất này có thể giảm nhẹ hay thay đổi bằng cách thêm một số chất bổ sung vào thành phần khi nấu thủy tinh hay xử lý nhiệt.
 

Thủy tinh, đôi khi trong dân gian còn được gọi là kính hay kiếng, là một chất rắn vô định hình đồng nhất, có gốc silicát, thường được pha trộn thêm các tạp chất để có tính chất theo ý muốn.

Trong vật lý học, các chất rắn vô định hình thông thường được sản xuất khi một chất lỏng đủ độ nhớt bị làm lạnh rất nhanh, vì thế không có đủ thời gian để các mắt lưới tinh thể thông thường có thể tạo thành. Thủy tinh cũng được sản xuất như vậy từ gốc silicát.

 

Thủy tinh trong dạng thuần khiết.

 

Silicát là điôxít silic (SiO2) có trong dạng đa tinh thể như cát và cũng là thành phần hóa học của thạch anh. Silicát có điểm nóng chảy khoảng 2.000 °C (3.632 °F), vì thế có hai hợp chất thông thường hay được bổ sung vào cát trong công nghệ nấu thủy tinh nhằm giảm nhiệt độ nóng chảy của nó xuống khoảng 1.000 °C. Một trong số đó là sô đa (cacbonat natri Na2CO3), hay bồ tạt (tức cacbonat kali K2CO3). Tuy nhiên, sô đa làm cho thủy tinh bị hòa tan trong nước - là điều người ta không mong muốn, vì thế người ta cho thêm vôi sống (ôxít canxi, CaO) là hợp chất bổ sung để phục hồi tính không hòa tan.

 

Trong dạng thuần khiết và ở điều kiện bình thường, thủy tinh là một chất trong suốt, tương đối cứng, khó mài mòn, rất trơ hóa học và không hoạt động xét về phương diện sinh học, có thể tạo thành với bề mặt rất nhẵn và trơn. Tuy nhiên, thủy tinh rất dễ gãy hay vỡ thành các mảnh nhọn và sắc dưới tác dụng của lực hay nhiệt một cách đột ngột. Tính chất này có thể giảm nhẹ hay thay đổi bằng cách thêm một số chất bổ sung vào thành phần khi nấu thủy tinh hay xử lý nhiệt.

 

Thủy tinh được sử dụng rộng rãi trong xây đựng, làm đồ chứa (chai, lọ, cốc, chén, ly, tách v.v) hay vật liệu trang trí.

 

Tính chất

Thủy tinh có thể thay đổi tính chất, tùy theo việc lựa chọn tạp chất và hàm lượng pha thêm khi nấu thủy tinh.

 

Truyền sáng

Một trong những đặc trưng rõ nét nhất của thủy tinh thông thường là nó trong suốt đối với ánh sáng nhìn thấy, mặc dù không phải mọi vật liệu thủy tinh đều có tính chất như vậy do phụ thuộc vào tạp chất. Độ truyền sáng của thủy tinh trong vùng bức xạ tử ngoại và hồng ngoại thay đổi tùy theo việc lựa chọn tạp chất.

 

Ánh sáng nhìn thấy

Tính trong suốt của thủy tinh trong ánh sáng nhìn thấy là do sự vắng mặt của trạng thái chuyển tiếp của các điện tử trong khoảng bước sóng của ánh sáng nhìn thấy, và trạng thái này là thuần nhất trong mọi bước sóng hơn là chỉ trong khoảng bước sóng của ánh sáng nhìn thấy (sự không thuần nhất làm cho ánh sáng bị tán xạ, làm tán xạ hình ảnh được truyền qua).

 

Các kim loại và ôxít kim loại được bổ sung thêm vào thủy tinh trong quá trình sản xuất nó để thay đổi màu sắc của nó. Mangan có thể thêm vào với một lượng nhỏ để loại bỏ màu xanh lá cây tạo ra bởi sắt hay trong một lượng lớn hơn để cho thủy tinh có màu tím amêtít. Giống như mangan, selen có thể sử dụng với một lượng nhỏ để làm bay màu của kính, hay trong một lượng lớn hơn để tạo ra màu hơi đỏ. Một lượng nhỏ côban (0,025 đến 0,1%) sinh ra thủy tinh màu xanh da trời. Ôxít thiếc với antimoan và ôxít asen sinh ra thủy tinh màu trắng đục, lần đầu tiên đã được sử dụng ở Venezia để sản xuất đồ giả sứ. 2 đến 3% của ôxít đồng sinh ra màu xanh lam. Đồng kim loại nguyên chất sinh ra thủy tinh mờ có màu đỏ thẫm, nó đôi khi được sử dụng thay thế cho thủy tinh màu hồng ngọc của vàng. Niken, phụ thuộc vào nồng độ, sinh ra thủy tinh có màu xanh da trời hay màu tím hoặc thậm chí là màu đen. Sự bổ sung titan sinh ra thủy tinh có màu nâu vàng. Vàng kim loại trong một lượng rất nhỏ (khoảng 0,001%), sinh ra thủy tinh có màu hồng ngọc thẫm, trong khi một lượng thấp hơn sinh ra màu đỏ nhạt hơn, thông thường gọi là màu "nam việt quất". Nguyên tố urani (0,1 đến 2%) có thể thêm vào để thủy tinh có màu vàng phản quang hay màu xanh lá cây. Thủy tinh urani nói chung là không nguy hiểm về phóng xạ, tuy vậy nếu nó ở dạng bột, chẳng hạn như đánh bóng bằng giấy nhám, và dạng bụi thì nó là tác nhân gây ung thư. Hợp chất của bạc (thông thường là nitrat bạc) có thể sinh ra một khoảng màu từ đỏ da cam đến vàng. Phương thức đốt nóng và làm lạnh thủy tinh có thể có ảnh hưởng đáng kể tới màu sinh ra bởi các chất này. Các chất này tham gia vào cấu trúc thủy tinh như thế nào hiện nay vẫn chưa được nghiên cứu kỹ. Các loại thủy tinh màu khác vẫn thường xuyên được tìm ra.

 

Sản phẩm thủy tinh gia dụng: Lọ đựng thực phẩm khô.

Tử ngoại

Thủy tinh thông thường không cho ánh sáng có bước sóng nhỏ hơn 400 nm, hay tia cực tím (UV) đi qua. Có điều này vì sự bổ sung của các hợp chất như tro sô đa (cacbonat natri). Thủy tinh thuần SiO2 (còn gọi là thủy tinh thạch anh) không hấp thụ tia UV và nó được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ trong suốt trong khoảng bước sóng này, mặc dù nó đắt hơn thủy tinh thường. Có thể pha thêm xêri vào thủy tinh để tăng việc hấp thụ tia cực tím (các bức xạ ion hóa nguy hiểm về mặt sinh học).

 

Hồng ngoại

Thủy tinh có thể sản xuất đến mức độ tinh khiết mà hàng trăm kilômét thủy tinh vẫn là trong suốt ở bước sóng hồng ngoại trong các sợi cáp quang. Một lượng lớn sắt được sử dụng trong thủy tinh có khả năng hấp thụ nhiệt, chẳng hạn như các tấm lọc hấp thụ nhiệt cho các máy chiếu phim.

 

 

 

Chiết suất

Chiết suất của thủy tinh có thể thay đổi khi có các thành phần khác thêm. Thủy tinh có chứa chì, chẳng hạn như chì tinh thể hay thủy tinh đá lửa, là 'rực rỡ' hơn vì nó làm tăng chiết suất và sinh ra sự 'lấp lánh' có thể nhận thấy rõ hơn.


Sản phẩm thủy tinh gia dụng: Hộp đựng thực phẩm cất trữ đông lạnh.

 

Xem thêm pha lê. Việc bổ sung bari cũng làm tăng chiết suất. Ôxít thori cho thủy tinh có hệ số chiết suất rất cao và nó được sử dụng để sản xuất các lăng kính chất lượng cao.

 

Nhiệt độ nóng chảy

Như mọi chất rắn vô định hình, thủy tinh không có điểm nóng chảy nhất định. Natri nói chung được thêm vào để hạ nhiệt độ nóng chảy của thủy tinh. Sự bổ sung sô đa hay bồ tạt đôi khi còn hạ nhiệt độ nóng chảy xuống thấp hơn.

Độ dẫn điện

Độ dẫn điện và độ dẫn nhiệt của thủy tinh có thể thay đổi khi thêm bo, chẳng hạn như ở Pyrex.

 

Tổng số điểm của bài viết là: 1 trong 0 đánh giá

Xếp hạng: 0 - 0 phiếu bầu
Click để đánh giá bài viết

  Ý kiến bạn đọc

Bạn đã không sử dụng Site, Bấm vào đây để duy trì trạng thái đăng nhập. Thời gian chờ: 60 giây