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).