Химия стекла и его цвет

Стекло не является кристаллическим веществом в обычном смысле слова. Его струк­тура зависит не столько от химического состава, сколько от процесса термообработ­ки, хотя чем меньше оксида натрия, тем стекло оказывается прочнее, при этом можно говорить о весьма небольшой разнице в прочности. Основными материалами для из­готовления стекла являются песок, кальцинированная сода и известняк.

Песок является почти чистым кремнеземом, а сода и известь обычно представ­лены в виде карбонатов NaC0₂ и СаС0₂. В стекле могут присутствовать примеси других материалов, таких, как свинец, придающий стеклу блеск и прозрачность. Окись алюминия А1₂0₃ применяется для увеличения твердости и прочности стек­ла. Его состав можно менять в зависимости от назначения. Если важна устойчи­вость к воздействию химикатов, то можно использовать меньше натрия и больше соединений алюминия; если же глинозем составит одну восьмую щелочных со­ставляющих, то стекло будет иметь повышенную устойчивость к воздействию хи­микатов.

Значительному увеличению химической стойкости способствует магнезия. Одна­ко она часто приводит к образованию сгустков в растворе. Для сокращения числа пу­зырей, в том числе мелких (мошек), часто применяются осветляющие вещества, такие, как сульфат натрия Na₂S0₄ и мышьяк As₂0₃. При добавлении некоторых веществ снижается рабочая температура стеклодувных машин (предпочитают работать при температуре стекла 649 °С). Поэтому для облегчения машинной обработки исполь­зуется соответствующий состав шихты. Для повышения термостойкости стекла ис­пользуют высококремнистые низкощелочные составы, но при этом могут возникнуть свили (дефекты, не устраняемые при отжиге).

Стекло — достаточно инертный материал. Это позволяет использовать его для хранения сильных кислот и щелочей, а также всех видов растворителей. Тем не менее [оно вступает в определенные химические реакции с некоторыми материалами, в том 'числе с водой. Соединение натрия с кремнием весьма непрочно, и обыкновенная вода вымывает его с поверхности стекла. В дистиллированной воде, хранящейся в сосуде из прозрачного стекла в течение года, накапливается до 10 15 ррт (частей на ми мчи эн) NaOIT, а также* частицы других веществ, входящих и соета в стекла. Мри ироиз водстве боросил штатного стекли, в которое добавляется примерно (>% бора, вы мы на |ппе снижается, и за i од pan воряет< я только около 0,5 ррт

При хранении стекла в течение нескольких месяцев во влажной среде при изменя­ющейся температуре происходит конденсация, за счет чего из стекла вымываются соли, и образуется мутный налет. Влага обычно стекает как по внешней, так и по внут­ренней стороне сосуда, и часто в его нижней части можно обнаружить более толстый слой отложений. Такой налет иногда вредит этикеткам и оформлению, и хотя его можно удалить с помощью промывки кислым раствором, для избежания этого реко­мендуется по возможности применять недавно выпущенную стеклянную посуду. Если щелочи, содержащиеся в стекле, могут повредить помещенным в сосуд продук­там, то можно удалить с поверхности стекла большую часть помутнения, просто по­грузив сосуд в воду.

Некоторые производители обрабатывают сосуды серой, и образующийся на по­верхности сульфат натрия делает стекло намного более устойчивым к воздействию воды и кислоты. Однако при этом не происходит какого-либо повышения стойко­сти к воздействию щелочных растворов. Боросиликатное стекло, обозначенное в Фармакопее США {United States Pharmacopoeia, USP, далее ФСША) как тип 1, зна­чительно более устойчиво к воздействию щелочи, чем обычное стекло, хотя это зави­сит от вида щелочи [1]. Такое стекло приблизительно в десять раз устойчивее к воз­действию кислот.

Некоторые цвета стеклянных контейнеров (янтарный, зеленый и опаловый) не требу­ют специальных технологий (табл. 1.2). Ванные печи нескольких стекольных заво­дов постоянно наполнены материалом этих цветов. Стекло некоторых других цветов выпускается только при наличии заказа большой партии изделий данного цвета.

Цветное стекло может быть использовано не только в декоративных целях; оно эффективно защищает продукты от воздействия солнечного света, экранируя от не­которых видов вредного излучения. Янтарное стекло, по стандарту ФСША, должно экранировать лучи в диапазоне от 2900 до 4500 А (от 0,029 до 0,045 мкм). Прозрачное

стекло блокирует лучи от 2900 до 3200 А (от 0,029 до 0,032 мкм) (дальняя ультрафио­летовая область спектра), а изумрудно-зеленое защищает от видимого света в сине-фи­олетовой области спектра от 4000 до 4500 А (от 0,04 до 0,045 мкм) (рис. 1.11).