Thủy tinh

[dthnhung]

THỦY TINH
Thành phần của thủy tinh :
Thủy tinh công nghiệp chứa các thành phần chủ yếu sau :
-silice (SiO2) : 68-74%
-alumine (Al2O3) : 0,3-3%
-oxyde natri (Na2O) : 12-16%
-oxyde kali (K2O) : 0-1%
-vôi (CaO) : 7-14%
-oxyde magne (MgO) : 0-4,5%
Silice được lấy từ cát tinh chất, alumine từ các mỏ khoáng hoặc dưới dạng hydrate từ quặng
bauxite. Các oxyde kim loại kiềm thường được dùng dưới dạng muối carbonate hoặc dưới
dạng hydrate, soude (NaOH) hoặc KOH. Vôi (CaO) et MgO dược dùng trực tiếp hoặc lấy từ
quặng calci hoặc dolomite.
Cấu trúc :
Cấu trúc của thủy tinh tuân thủ theo 1 quy luật rất đơn giản : mỗi nguyên tử Si được nối với 4
nguyên tử Oxy và mỗi nguyên tử Oxy nối với 2 nguyên tử Si. Khoảng cách giữa 2 nguyên tử
thì cố định ; góc nối tạo thành bởi những liên kết này không cố định : góc sẽ lớn nếu 2 nguyên
tử Si liên kết cùng với 1 nguyên tử oxy đối xứng nhau, và 4 liên kết Si-O trên cùng 1 nguyên
tử Si sẽ tạo ra góc 110°.
Những nguyên tử sắp xếp theo 1 trật tự nhất định. Tuy nhiên, tính đàn hồi của góc nối cho
phép cấu trúc thay đổi.
Người ta có thể thay đổi cấu trúc thủy tinh bằng cách làm nóng chảy nó và sau đó làm lạnh để
các nguyên tử không giữ được trật tự ban đầu. Sự nóng chảy xảy ra là do các liên kết hóa trị
bị cắt đứt và nó chỉ xảy ra ở nhệt độ trên 1750 °C. Người ta có thể làm giảm nhiệt độ nóng
chảy này xuống bằng cách cắt đứt liên kết Si-O-Si nhờ vào việc cho thêm oxyde kim loại
kiềm. Phản ứng xảy ra như sau :

Liên kết O-Na+ có tính chất tĩnh điện, hợp chất nóng chảy ở nhiệt độ thấp hơn : 1050°C đối
với silicate được điều chế từ phản ứng có tỷ lệ mol SiO2 và Na2O là 1/1. Nhiệt độ nóng chảy
giảm kèm theo độ bền hóa học giảm. Người ta khắc phục yếu điểm này bằng cách thay ion
Na+ bằng Ca2+ hoặc Mg2+. Người ta cũng có thể thêm vào borax (B2O3, Na2O). Oxyde B2O3
làm giảm thông số giãn nở của thủy tinh và cải thiện độ bền nhiệt.