من بين جميع الاختراعات البشرية، يعتبر الزجاج أحد أكثر الاختراعات تميزًا، لكن كيف يصنع الزجاج؟
يمتلك الزجاج صلابة كافية لحمايتنا، ومع ذلك فمن السهل أن يتحطم. يتمتع الزجاج أيضًا بميزة مذهلة تتمثل في كونه مادة صلبة تسمح للضوء بالمرور. إنها خاصية يمتلكها عدد قليل جدًا من المواد.
بينما أصبح الزجاج الآن جزءًا من حياتنا اليومية، إلا أن هذه المادة كانت ذات يوم من أكثر الأشياء قيمةً والأكثر طلبًا خلال عصور ما قبل التاريخ. لنتعرف على المزيد حول كيفية صنع الزجاج واستخدامه في النوافذ في منازلنا.
كيف يصنع الزجاج؟
الزجاج مصنوع من السيليكون، وهو أساسًا رمل ولكن الرمل لا يشبه الزجاج، فما الذي يجعله شفافًا؟ لا يحتوي هيكل الزجاج على فراغات للسماح للضوء بالانتشار.
ونتيجة لذلك، فإن الفوتونات التي تدخل الزجاج لا يتم امتصاصها أو انحرافها مكونة مادة شفافة.
في الماضي، كان الزجاج يُصنع عن طريق تسخين الرمل إلى 1699 درجة مئوية، وتحويله إلى سائل مصهور يتحول بعد ذلك إلى منتجات زجاجية. عندما تبرد الرمال المنصهرة، يحدث تحول كبير في التركيب الجزيئي للمادة.
من الناحية العلمية، تُعرف هذه الحالة بالمواد الصلبة غير المتبلورة، والزجاج هو أحد أفضل الأمثلة عليها. تعتبر عملية صنع الزجاج التي نستخدمها اليوم أكثر كفاءة مما ناقشناه.
اليوم، يُصنع الزجاج عن طريق خلط الرمل مع كربونات الصوديوم، مما يقلل من درجة انصهار السيليكا. ومع ذلك، فإن هذه العملية تجعل خليط زجاج الصودا قابل للذوبان في الماء.
لذلك، غالبًا ما يتم إضافة الحجر الجيري أو كربونات الكالسيوم إلى المزيج لمنع الزجاج من الذوبان ولجعله مقاومًا للماء.
تتضمن عملية صنع الزجاج الحديثة أيضًا استخدام العديد من الإضافات مع خليط السيليكا لغرس خصائص مختلفة داخل الزجاج، مثل القوة والتوصيل واللون وما إلى ذلك.
كيف يصنع زجاج النوافذ؟
التحدي الأول هو التأكد من أن زجاج النافذة مسطح تمامًا. يمكن أن تسبب العيوب في سمك الزجاج مشاكل مثل ضعف البصريات أو عدم التوافق مع ألواح النوافذ.
بينما قام البشر بتطوير عدة طرق لإنتاج لوح مسطح من الزجاج، فإن الطريقة الأكثر شيوعًا المستخدمة اليوم هي طريقة الزجاج المسطح، التي اخترعها السير أليستر بيلكنجتون في عام 1952.
في هذه الطريقة، يُسكب الزجاج المصهور فوق الصفيح المصهور ليشكل طبقة مسطحة تطفو فوق سطح القصدير.
تُترك اللوحة الزجاجية لتبرد إلى 600 درجة مئوية ثم تُنقل إلى حزام ناقل. رقة الزجاج تعتمد على سرعة الناقل. كلما كان الناقل أسرع، ستكون الصفيحة الزجاجية أرق.
تاريخ صناعة زجاج النوافذ.
يعود أول استخدام معروف لزجاج للنوافذ إلى عام 680 م في إنجلترا. غالبًا ما كانت الكاتدرائيات القديمة تصنع أعمالًا فنية من الزجاج الملون بدقة شديدة، ولا يزال الكثير منها على حاله حتى اليوم.
تبين لنا هذه الآثار أن الناس في الماضي كانوا بالفعل يجربون صناعة الزجاج.
كان جابر بن حيان أحد الشخصيات البارزة بين هؤلاء المبتكرين، وهو كيميائي فارسي أجرى تجارب مكثفة على طلاء الزجاج. سجل جابر نتائجه في كتابه “كتاب الدرة المكنونة”.
ومع ذلك، لم يكن لدى الناس في ذلك الوقت إمكانية الوصول إلى الآلات المتطورة التي لدينا الآن. نتيجة لذلك، لم يكن من الممكن إنتاج زجاج النوافذ بكميات كبيرة.
أصبحت صناعة زجاج النوافذ مؤتمتة إلى حد كبير الآن وقد انخفضت التكلفة بشكل كبير خلال القرن الماضي.
إقرأ أيضاً… كيف يصنع الورق؟
أنواع الزجاج المستخدم في نوافذ المنزل.
هناك نوعان رئيسيان من زجاج النوافذ يختلفان بناءً على عملية التصنيع الأساسية. يستخدم المصنعون هذه النظارات كأساس لإنشاء أنواع مختلفة من الألواح الزجاجية.
- الزجاج الملدّن.
التلدين هو العملية التي يترك فيها الزجاج يبرد ببطء بعد أن يتم ضبطه ونقله من قاعدة القصدير المصهور. يزيل التبريد التدريجي في بيئة خاضعة للرقابة الضغوط الداخلية داخل الزجاج، مما يجعله أقل عرضة للتشقق من الصدمات الميكانيكية أو التغيرات في درجات الحرارة.
- الزجاج المقسّى.
يتم تصنيع الزجاج المقسّى عن طريق تبريد الجوانب المسطحة للزجاج باستخدام نفخ الهواء. يزيد الانفجار من معدل تبريد السطح الخارجي للزجاج مقارنة بالداخل.
تنتج هذه العملية قوة ضغط على السطح الخارجي للزجاج، والتي يتم موازنتها بواسطة قوى الشد المطورة داخل الزجاج. والنتيجة هي لوح زجاجي أقوى من 4 إلى 5 مرات من الزجاج الملدّن.
يعتبر الزجاج المقسّى أكثر أمانًا أيضًا. في حالة تحطم الزجاج، فإنه يتكسر إلى أجزاء صغيرة تشبه المربعات بدلاً من القطع الحادة الطويلة.