Ħġieġ

Moldavite, ħġieġa naturali formata minn impatt ta' metjorita, f'Besidniż, Bohimja

Serra moderna f'Wisley Garden, Ingilterra, magħmula minn ħġieġ tal-wiċċ

Ħġieġ Ċar bozza tad-dawl

Il-kelma Ħġieġ fis-sens komuni tirreferi għal solidu iebes, mqarqaċ u trasparenti , bħal dak użat għat-twieqi, bosta fliexken, jew xedd l-għajnejn, li jinkludu ħġieġ tas-soda-ġir, ħġieġ tal-borosiliċiku, ħġieġ akriliku, ħġieġ taz-zokkor, ħġieġ Muskovit, jew ossinitridu ta' l-aluminju.

Fis-sens tekniku, il-ħġieġ huwa prodott inorganiku ta' fużjoni li jibred u jsir riġidu mingħajr ma jsir kristall. Ħafna ħġieġ huma magħmul mis-siliċi (diossidu tas-siliċju) bħala l-kompożizzjoni prinċipali tiegħu u glass former.

Fis-sens xjentifiku t-terminu ħġieġ huwa ħafna drabi estiż għas-solidi amorfi kollha (u materjali mdewwbin li faċilment isiru solidi amorfi), li jinkludu l-plastiċi, ir-rażeż, u solidi oħrajn amorfi bla siliċi. Ukoll, barra l-metodi tradizzjonali ta' tidwib, kull mezz ieħor għall-preparazzjoni huwa meqjus, bħall-impjantazzjoni ionika, u l-metodu sol-gel. Però, ix-xjenza tal-ħġieġ is-soltu tinkludi biss solidi amorfi inorganiċi, filwaqt li l-plastiċi u materjali organiċi simili jaqgħu taħt ix-xjenza tal-polimeri, bijoloġija u oqsma xjentifiċi oħra.

Il-kompożizzjoni ottika u fiżika tal-ħġieġ tagħmlu tajjeb biex jintuża bħala ħġieġ ċatt, għall-kontenituri, fil-materjali ottiċi u materjali optoelettroniċi, għall-apparat tal-laboratorju, insulazzjoni termali (tajjar tal-ħġieġ), bħala fibri ta' rinforziment (plastiċi jew konkrit imsaħħin bil-fibri tal-ħġieġ), u fl-arti.

Kompożizzjoni Ġenerali, użi, fejn jinstab

Affarijiet tal-Ħġieġ tal-Laboratorju huma magħmula minn ħġieġ tal-borosilċiku (Buqar Erlenmejer)

TFTs, jużaw folji rqaq ta' ħġieġ speċjali bla alkali

Il-ħġieġ ordinarju nużawh kullimkien minħabba li huwa trasparenti għad-dawl viżibbli.Din it-trasparenza ġejja min-nuqqas ta' stati elettroniċi ta' tranżizzjoni fiż-żona tad-dawl viżibli. Il-ħġieġ hu omoġenju fuq skali ta' tul ferm akbar minn dik tat-tul tal-mewġa tad-dawl viżibli u għalhekk huwa trasparenti waqt li kieku kellu ħafna irregolità, d-dawl kien jixxered u b'hekk kull tip ta' trasmissjoni ta' immaġni koerenti kienet tiġi mkissra. Ħafna oġġetti tad-dar huma magħmula mill-ħġieġ. It-tazzez, skutelli u fliexken huma l-biċċa kbira tal-ħġieġ, kif ukoll il-bozzoz tad-dawl, mirja, akkwarji, tubi katodiċi, TFT tal-kompjuters, u t-twieqi.

Fil-laboratorji tar-riċerka, buqari, tubi tat-testjar, u apparat tal-laboratorju huma ta' spiss magħmula minn ħġieġ borosilikat billi għandu koeffiċjent ta' espansazzjoni termika baxxa, għalhekk għandu iżjed reżistenza għall-fqugħ bis-sħana u jgħamel possibbli kejl aktar preċiż. Għal applikazzjonijiet fejn tidħol temperatura għolja, jintuża l-ħġieġ tal-kwarz, għalkemm huwa ferm diffiċli li taħdmu. Ħafna mill-affarijiet tal-ħġieġ tal-laboratorju huma prodotti bil-massa, iżda xi laboratorji kbar iżżomu wkoll wieħed li jaf jonfoħ il-ħġieġ sabiex joħloq xi apparat speċjali tal-ħġieġ li jkun meħtieġ.

Xi kultant, il-ħġieġ huwa maħluq naturalment mill-lava volkanika, impatt ta' beraq jew metjoriti (p.eż., il-Lekateljerit, il-Fulgurit, il-Ħġieġ Darwin, il-Ħġieġ Volkaniku u l-Impattit). Jekk il-lava tkun felsika dan il-ħġieġ ikun ossidjana li ġeneralment huwa iswed bi ftit impuritajiet. L-ossidjana hija materjal naturali li ġie użat minn Żmien il-Ħaġar biex jintgħamlu skieken tal-ħġieġ li jaqtgħu ħafna.

Il-ħġieġ jista' jsir ukoll minħabba l-attività tal-bniedem, per eżempju it-trinitit (mill-ittestjar nukleari) u ħġieġ tal-bajja.

Il-Ħġieġ fil-Bini

Biex tapprofondixxi, ara l-artikli: Ħġieġ fl-Arkitettura, Vitrar fl-Arkittetura u Tieqa.

Użu estensiv ta' fili ta' ħġieġ tal-wiċċ f'appartamenti fi Bristol, Ingilterra.

Il-ħġieġ ta' spiss jintuża fil-bini għat-twieqi trasparenti, diviżorji interni vitrati u bħala karatteristiċi arkitettoniċi. Huwa wkoll possibli li jintuża' bħala materjal strutturali, per eżempju, travi u kolonni, kif ukoll ġo forma ta' "ġwienaħ" għar-rinforzar kontra r-riħ. Dawn jidhru f'ħafna vetrini tal-ħġieġ bħat-twieqi ta' ħwienet kbar. Il-kapaċità tat-tagħbija sikura, hija limitata; għalkemm teoritikament il-ħġieġ jiflaħ tagħbija kbira, hemm ukoll probabbiltà kbira ta' fqugħ f'daqqa, u għandu tendenza li jinqasam ma' l-impatt. Dan jillimita l-użu tal-ħġieġ għall-kolonni, minħabba r-riskju li xi ħaġa taħbat magħhom u taqsam l-element strutturali. Eżempju magħruf ta' struttura magħmula totalment mill-ħġieġ hija d-daħla tat-tramuntana fl-istazzjon fit-triq Buchanan fi Glasgow.

Hemm ħġieġ ta' tip qawwi li jista' jintuża fil-bini, bħall-ħġieg imsaħaħ bil-wires, ħġieġ ittemprat bis-sħana u ħġieġ laminat. L-insulazzjoni bil-fibra tal-ħġieġ hija komuni fis-soqfa u fil-ħitan. Il-ħġieġ tal-foam, magħmul mill-ħġieġ ta' l-iskart, jista' jintuża bħala insulazzjoni ħafifa li żżom l-arja ġo fiha. Bħala insulazzjoni, il-ħġieġ (per eż. fibra tal-ħġieġ) huwa użat ukoll fil-forma ta' strixxi sufin komuni ħafna fid-djar tal-pajjiżi kesħin. L-insulazzjoni tal-ħġieġ tal-fibra tintuża partikularment fis-soffitti, u tingħata rata R, skond l-abbiltà ta' insulazzjoni.

Applikazzjonijiet Teknoloġiċi

It-Teleskopju ta' l-ispazju ta' Hubble jorbita madwar id-dinja, u għandu strumenti ottiċi

Il-ħġieġ tad-diossidu tas-siliċju (SiO₂) pur (l-istess kompost kimiku bħall-kwarz, jew, fil-forma tiegħu polikristallina, ir-ramel) ma tantx jassorbi r-raġġi UV u għalhekk jintuża għal applikazzjonijiet li għandhom bżonn trasparenza f'dan ir-reġjun. Kristalli kbar naturali tal-kwarz f'waħdiet huma diossidu tas-siliċju pur u wara li jinqasmu jintużaw għal ħġieġ ta' kwalità għolja. Is-siliċi amorfa sintetika hija kważi forma kompletament pura ta' kwarz u hu l-materjal grezz għall-ħġieġ ta' speċjalità għolja, bħal dawk tal-qalba tal-fibri ottiċi. Il-kejbils ta' taħt il-baħar għandhom sezzjonijiet imħallta bl-erbju, li jintuża biex ikabbar is-sinjali ta' trasmissjoni ta' emissjonijiet tal-laser minn ġol-ħġieġ stess. Id-SiO₂ amorfu jintuża ukoll bħalha materjal dielettriku f'ċirkwiti integrati minħabba l-interfaċċja lixxa u elettrikament newtrali li jifforma mas-siliċju.

L-istrumenti ottiċi bħan-nuċċalijiet, kameras, microskopji, teleskopji, u apparat pjanetarju huma bbażati fuq lentijiet tal-ħġieġ, mirja, u priżmi. Il-ħġieġ użat sabiex jinħolqu dawn l-instrumenti huwa kategorizzati bl-użu ta' kodiċi tal-ħġieġ b'sitt ċifri, jew inkella kodiċi ta' ittri u numri mill-katalgu ta' Schott Glass. Per eżempju, BK7 huwa l-kodiċi tal-ħġieġ borosilikat crown li għandu dispersjoni tad-dawl baxxa u SF10 huwa l-kodiċi tal-ħġieġ tal-żnied dens li għandu dispersjoni għolja. It-tipi ta' ħġieġ huma rranġati skond il-kompożizzjoni, l-indiċi tal-rifrazzjoni, u n-Numru ta' Abbe.

Il-polimerizazzjoni tal-ħġieġ hija teknika li tista' tintuża sabiex jieġu nkorporati addittivi li jimmodifikaw il-karatteristiċi tal-ħġieġ li inkella jiġi meqruda waqt il-preparazzjoni b'temperaturi għoljien. Is-sol gel huwa eżempju ta' polimerizazzjoni tal-ħġieġ li tippermetti t-tqegħid ta' molekuli organiċi u bioattivi, u tella' l-funzjonalità tal-ħġieġsabiex għal-livell ġdid ta' .

Il-Produzzjoni tal-Ħġieġ

Biex tapprofondixxi, ara l-artikli: Produzzjoni tal-Ħġieġ u Ħġieġ taċ-Ċagħaq.

Il-ħġieġa tat-tieqa l-aktar qaddima li kienet maħduma bl-infieħ fl-1742 minn Kosta Glasbruk, Småland,Żvezja . Fin-nofs tal-marka mix-xuxxarell tal-blower tal-ħġieg

Storja tal-Produzzjoni tal-Ħġieġ

It-Teknoloġija li tħoll il-ħġieġ għadiet minn bosta fażijiet:

• Qabel ċa 3000 Q.K sa l-invenżjoni tax-xuxxarell f'ċa 250 Q.K, l-ħġieġ kien maħdum ġo fosos miftuħa.

• Il-forn mobbli li kien jikkonsisti f'griġjol imsaħħan bil-ħatab kien jintuża sa madwar is-seklu sbatax mill-ħaddiema tal-ħġieġ vjaġġaturi.

• Madwar fl-1688, kien żviluppat proċess ta' xogħol tal-ħġieġ bil-forom, li żied il-popolarità tal-ħġieġ.

• Il-forn lokali, griġjol imsaħħan bil-ħatab u l-faħam kien jintuża bejn l-1600 u l-1850.

• Il-metodu taċ-ċilindru sabiex jinħoloq ħġieġ ċatt kien użat fl-iStati Uniti tal-Amerika għall-ewwel darba fl-1820ijiet. Kien intużat kummerċjalment għall-ħġieġ għat-twieqi.

• L-invenżjoni tal-magna li tippressa il-ħġieġ fl-1827 għamlet possibbli l-produzzjoni ta' ħġieġ irħis bil-massa.

• Il-forn bil-griġjol u t-tank msaħħnin bil-gas bdew fl-1860, u wara il-forn elettriku beda fl-1910.

• Il-Ħġieġ tal-folji magħmul mill-idejn bl-infieħ ġie mwarrab fis-seklu għoxrin u ħadlu postu l-ħġieġ tal-folji rroljati.

• Il-proċess tal-Ħġieġ tal-wiċċ ġie ivvintat fl-1950ijiet.

Ingredjenti tal-Ħġieġ

Ramel tal-kwarz (siliċi) bħalha l-materjal naturali użat għall-produzzjoni kummerċjali tal-ħġieġ

Is-siliċi pura (SiO₂) għandha "punt ta' fużjoni tal-ħġieġ" ta' aktar minn 2300 °Ċ (4200 °F) meta l-viskożità tkun 10 Pa·s (100 P). Filwaqt li s-siliċi pura tista' ssir ħġieġ għal applikazzjonijiet speċjali (ara kwarz fuż), sustanzi oħra huma miżjuda għall-ħġieġ komuni biex dan il-proċess jitqassar. Waħda minhom hi l-karbonat tas-sodju (Na₂CO₃), li jniżżel il-punt ta' fużjoni għal madwar 1500 °Ċ (2700 °F) fil-ħġieġ tas-soda-ġir; "soda" hi s-sors oriġinali tal-karbonat tas-sodju fl-'irmied tas-soda li jinkiseb minn ċerti pjanti. Minkejja dan, is-soda tagħmel il-ħġieġ jinħall bl-ilma, u dan mhux mixtieq, għalhekk il-ġir (ossidu tal-kalċju (CaO), li hu ġeneralment miksub mill-ġebla tal-ġir), ftit ossidu tal-magnesju (MgO) u ossidu ta' l-aluminju huma miżjuda sabiex ikollu durabbiltà kimika itwal. Il-ħġieġ li jirriżulta jkun fih madwar 70 sa 74 fil-mija ta' siliċi bil-piż u jissejjaħ ħġieġ tas-soda-ġir. Il-ħġieġ tas-soda-ġir jammontaw għal madwar 90 fil-mija tal-ħġieġ prodott.

Barra s-soda u l-ġir, il-ħġieġ l-aktar komuni fih ingredjenti oħrajn miżjuda sabiex jibdlulu l-kompożizzjoni tiegħu. Il-ħġieġ taċ-ċomb, bħall-kristall taċ-ċomb jew il-ħġieġ taż-żnied, huwa aktar 'brillanti' minħabba li l-indiċi ta' rifrazzjoni ogħla tagħmlu "jleqq" aktar, waqt li jista' jiġi miżjud il-boru biex ibiddillu l-karatteristiċi termiċi u elettriċi, bħal fil-Pirex. Il-Barju ukoll jgħolli l-indiċi ta' rifrazzjoni. L-Ossidu tat-Torju jgħolli l-indiċi ta' rifrazzjoni tal-ħġieġ u jbaxxi d-dispersjoni, u fl-antik kien użat sabiex jinħolqu lentijiet ta' kwalità għolja, iżda minħabba r-radjuattività tiegħu, l-ossidu tal-lantanu beda' jintuża minfloku fil-ħġieġ modern. Ammont kbir ta' ħadid jintuża fil-ħġieġ li jassorbi l-enerġija infrared, bħal fil-filtri li jassorbu s-sħana per eżempju f'apparat bħall-proġettur tal-films, filwaqt li l-ossidu taċ-ċerju(IV) jista' jintuża fil-ħġieġ li jassorbi ċerti tulijiet tal-mewġ UV (radjazzjoni ionizzanti li bioloġikament tagħmel il-ħsara).

Minbarra l-kimiċi li semmejna, f'ċerti fornijiet huwa miżjud ħġieġ riċiklat li jkun ġej mill-istess fabbrika jew sorsi oħra. Dan jiffranka l-materjal grezz, u fl-istess ħin jiffranka l-konsum tal-enerġija. Iżda, impuritajiet fih jistgħu joħolqu falliment fil-prodott u fl-apparat. Aġenti raffinanti bħas-sulfat tas-sodju, klorur tas-sodju, jew ossidu ta' l-antimonju huma miżjuda sabiex innaqsu l-bżieżaq fil-ħġieġ.

Materjal naturali ieħor li jintuża fil-produzzjoni tas-soda-ġir u ħġieġ fibra huwa l-kalumit, li huwa sottoprodott granulari ħġieġi tal-industrija tal-ħadid, li fih l-iżjed is-siliċi, ossidu tal-kalċju, allumina, ossidu tal-manjeżju (u traċċi ta' ossidu tal-ħadid).

Hemm formula speċjali (glass batch calulation) li tagħti t-taħlita ta' materjal grezz li għandha tintuża sabiex tinħoloq il-kompiżizzjoni mixtieqa tal-ħġieġ.

Produzzjoni Kontemporanja tal-Ħġieġ

Wara l-preparazzjoni u t-taħlit ta' l-ingredjenti, il-materjal grezz jintefa' ġo forn. Il-ħġieġ tas-Soda-ġir għall-produzzjoni bil-massa jiddewweb fil-forn tal-gas. Hemm fran fuq skala iżgħar għal ħġieġ speċjali fosthom dewwieba elettriċi, fran bil-kroġjolu u tankijiet ta' kuljum.

Wara li jinħall, l-ħġieġ jiġi omoġenizzat u rfinat (bit-tneħħija tal-bżieżaq) u imbagħad jiġi ffurmat. Il-ħġieġ ċatt għat-twieqi u applikazzjonijiet simili jiġi ffurmat bil-proċess tal-ħġieġ tal-wiċċ, li ġie żviluppat bejn 1953 u 1957 minn Sir Alastair Pilkington u Kenneth Bickerstaff ta' l-aħwa Pilkington tar-Renju Unit, li joħloq żigarella kontinwa ta' ħġieġ bl-użu ta' banju ta' stan maħlul li fil-wiċċ tiegħu joħroġ u jinfirex il-ħġieġ bla xkiel taħt l-influwenza tal-gravità. Biex il-wċċ ta' fuq jiġi jleqq jittrattawh bin-nitroġenu bil-pressa. Il-ħġieġ għall-kontenituri bħall-fliexken u l-vażetti komuni huwa iffurmat bil-metodi ta' l-infieħ jew l-ippressar.

La darba il-forma mixtieqa tinkiseb, is-soltu l-ħġieġ jingħata r-rikottura biex titneħħa t-tensjoni.

Wara jistgħu jsiru proċessi varji oħra fuqu għat-trattament ta' l-uċuħ, kisi, jew laminazzjoni biex iżidu d-durabbiltà kimika (kisi tal-kontenituri tal-ħġieġ, trattament intern tal-kontenituri tal-ħġieġ), is-saħħa (ħġieġ imqawwi, ħġieġ bulletproof, shields kontra r-riħ) jew il-karatteristiċi ottiċi (ħġieġ insulat, kisi kontra r-riflessjoni).

Ħolqien tal-Ħġieġ fil-Laboratorju

Riċetti u tekniċi ġodda fil-qasam tal-kimika u trattamenti tal-ħġieġ jistgħu jiġu investigati f'esperimenti żgħar tal-laboratorju. Il-materjali grezzi tal-ħġieġ li jidewwbu fil-laboratorji huma differenti ħafna minn dawk li jintużaw fil-produzzjoni bil-massa minħabba li l-ispejjeż mhumiex fattur. Fil-laboratorji l-aktar li jintużaw huma kimiċi puri. Wieħed irid joqgħod attent li l-materjali grezzii ma jkollhomx kuntatt ma'l-umdità jew kimiċi oħrajn fl-ambjent (bħall-ossidu u idroossidu tal-alkali, ossidu u idroossidu tal-alkalin ta' l-art, jew ossidu tal-borju), jew inkella l-materjal ma jkunx safi (telf ta' qbid). Telf bl-evaporazzjoni waqt li l-ħġieġ jiddewweb irrid jiġi kkonsidrat meta jiġu magħżula l-materjali grezzi, per eż., is-selenit tas-sodju aħjar mill-SeO₂ li jevapora malajr. Kif ukoll, materjali grezzi li jirriaġixxu fil-pront huma preferruti minn dawk inerti, per eż. l-Al(OH)₃ hu aħjar mill-Al₂O₃. Ta' spiss, il-proċess isir f'griġjol tal-platinu biex inaqqas it-tniġġiż mill-materjal tal-griġjol. L-omoġenità tal-materjal tinkiseb permezz ta' l-omoġenità tal-materjal grezz (furnata tal-ħġieġ), billi dan jitħawwad meta jkun maħlul, jitfarrak meta jiksaħ u mbagħad jerġa' jiddewweb. Il-ħġieġ lest ġeneralment jingħata rikottura biex jitnaqqas il-ksur waqt l-ipproċessar.

Ara wkoll: Disinn tal-lentijiet Ottiċi, Fabrikazzjoni u ttestjar tal-komponenti ottiċi

Ħġieġ Bla Aċtu Siliċiku

Minbarra l-ħġieġ komuni ibbażat fuq is-siliċi, ħafna materjali oħrajn inorganiċi u organiċi jistgħu jagħmlu xi tipi ta' ħġieġ ukoll, fosthom il-plastiċi (per eż., ħġieġ akriliku), karbonju, metalli, diossidu tal-karbonju (ara hawn taħt), fosfati, borati, kalkoġenidi, flurori, ġermanati (ħġieġ bbażat fuq GeO₂), telluriti (ħġieġ ibbażat fuq TeO₂), antimonati (ħġieġ ibbażat fuq Sb₂O₃), arsenati (ħġieġ ibbażat fuq As₂O₃), titanati (ħġieġ ibbażat fuq TiO₂O₅), tantalati (ħġieġ ibbażat fuq Ta₂O₅), nitrati, karbonati u ħafna sustanzi oħrajn.

Xi ftit ħġieġ li fih m'għandux siliċi bħala l-kostitwent predominanti jista' jkollu karatteristiċi fiżiku-kimiċi li huma utli għal applikazzjonijiet fil-fibri ottiċi u applikazzjonijiet tekniċi speċjalizzati oħra. Dan jinkludi l-florożirkonat, il-floraluminat, l-aluminosilikat, il-fosfat u l-ħġieġ kalkoġenid.

Taħt pressjoni u temperatura għoljin ħafna xi solidi jistgħu jsostnu tibdil kbir fil-fiżika u struttura tagħom li jista' joħloq tranżizzjoni ta' fażi poliamorfika. Fl-2006 x-xjenzati Taljani ħolqu fażi amorfa ta' l-ossidu tal-karbonju bl-użu ta' pressjoni għolja ħafna. Is-sustanza issemmiet karbonja amorfa (a-CO₂) u għandha struttura atomika li tixbaħ lil dik tas-siliċi.

Il-Fiżika tal-Ħġieġ

Is-Struttura amorfa ta' siliċiku tal-ħġieġ (SiO₂). M'hemm l-ebda qisien twil ta' l-ordni preżenti, madankollu hemm ordni lokali b'rispett għall-arranġament tetraħedrali ta' l-atomi ta' l-ossiġnu (O) madwar l-atomi tas-Siliċiku (Si).

Id-Definizzjoni stàndard tal-ħġieġ (jew solidu vitrus) jirrekjedi li l-fażi tas-solidu jsir b'dewbin rapidu. B'hekk il-ħġieġ huwa format minn likwidu kiesaħ ħafna li jibred malajr biżżejjed (relattiv mal-ħin tal-karatteristika tal-kristalazzjoni)