أصبح الزجاج شائعًا جدًا اليوم بحيث أصبح من السهل رؤيته من خلاله دون تفكير ثانٍ، إنه موجود في نوافذنا وشاشاتنا وخزائننا وفي العديد من الأجهزة التي نتفاعل معها كل يوم، لكن مم يصنع الزجاج؟ وكيف تتم صناعة الزجاج؟
على الرغم من إمكانية العثور على الزجاج في كل مكان، فقد تعيش حياتك بأكملها دون معرفة الكثير عن كيفية صنعه أو مكوناته. حتى لو كنت تعتقد أنك تعرف الأساسيات، فقد قمت فقط بقشط السطح.
مم يصنع الزجاج؟
الزجاج عبارة عن رمل تم صهره وتحويله كيميائيًا. إذا كنت قد ذهبت إلى الشاطئ من قبل، فأنت تعرف بالضبط كيف يمكن أن تتسرب الرمال الساخنة بينما تظل في شكلها الصلب.
تعتبر الحرارة اللازمة لتحويل الرمال إلى حالة سائلة (تتحول في النهاية إلى زجاج) أكثر سخونة من أي يوم مشمس.
لجعل الرمال تذوب، تحتاج إلى تسخينها إلى ما يقرب من 1700 درجة مئوية (3090 درجة فهرنهايت). وهي نفس درجة الحرارة التي يصل إليها مكوك الفضاء عندما يدخل الغلاف الجوي للأرض مرة أخرى.
يتكون الرمل المستخدم بشكل شائع في صناعة الزجاج من حبيبات صغيرة من بلورات الكوارت. تتكون من جزيئات من ثاني أكسيد السيليكون، المعروف أيضًا باسم السيليكا.
عندما يتم تسخين هذه الجزيئات إلى درجات حرارة عالية بما فيه الكفاية، يذوب الرمل ويفقد هيكله البلوري، وعندما يبرد يكتسب بنية مختلفة تمامًا.
هذا الهيكل، على المستوى الجزيئي، يقع في مكان ما بين السائل والصلب. تُعرف هذه الحالة البينية بأنها مادة صلبة غير متبلورة، مما يعني أنها تحتوي على بعض التركيب البلوري لمادة صلبة مقترنة بالعشوائية الجزيئية للسائل.
اعتمادًا على خليط الرمل، يمكن أن يكون للزجاج مجموعة متنوعة من الخصائص. يمكن لبعض العناصر أو المواد الكيميائية الممزوجة بالرمل أن تغير لون الزجاج.
على سبيل المثال، يمكن أن تتغير خصائص الزجاج أيضًا بناءً على كيفية تصنيعها والعمليات التي تشكلت من خلالها بعد ذلك. لتقوية الزجاج، يمكن للمصنعين استخدام التقسية الحرارية لتسخينه وتبريده بسرعة. يمكن أيضًا تقوية الزجاج كيميائيًا من خلال عملية التبادل الأيوني التي تجعل سطح الزجاج أكثر صلابة.
إقرأ أيضاً… البلازما: الحالة الرابعة للمادة.
كيف يصنع الزجاج؟
الزجاج المألوف لمعظم الناس هو زجاج الصودا والجير، وهو مزيج من الصودا (المعروف أيضًا باسم رماد الصودا أو صودا الغسيل) والحجر الجيري والرمل.
على الرغم من أنه يمكنك صنع الزجاج ببساطة عن طريق تسخين السيليكا ثم تبريدها بسرعة، إلا أن تصنيع زجاج الصودا والجير أكثر تعقيدًا بعض الشيء.
بإضافة الصودا (كربونات الصوديوم)، تقل درجة انصهار الرمل بحيث يمكن تحويلها إلى زجاج عند درجات حرارة منخفضة وتوفير الطاقة أثناء التصنيع.
ومع ذلك، فإن إضافة الصودا إلى الخليط يقلل من متانته الكيميائية، مما يجعله عرضة للذوبان عند ملامسته للسوائل. بالنسبة لمعظم التطبيقات، هذا غير مرغوب فيه ، لذلك يتم أيضًا إضافة الحجر الجيري (كربونات الكالسيوم) إلى الخليط، والذي يعمل كمثبت. بمجرد تسخين خليط السيليكا والصودا والحجر الجيري، يمكن تبريده وتشكيله لمجموعة متنوعة من التطبيقات.
يتم أيضاً تقويته من خلال العمليات الكيميائية مثل التبادل الأيوني، كما يتم أحياناً ثنيه لصنع ألياف بصرية يمكن أن تمتد لمسافات شاسعة.