Ц.П. Наумов — Химический состав стекла Селитренного городища

К содержанию журнала «Советская археология» (1973, №1)

Лабораторией спектрального анализа ЛОИА АН СССР был исследован материал стеклоделательной мастерской Селитренного городища. Отобранная для анализа часть материала была представлена различными кусочками: отходами производства стекла (семь кусков), стеклом, оставшимся на стенках тиглей и керамики (два образца), бракованными стеклянными изделиями (три образца), полуфабрикатами (одна штука) и готовыми стеклянными изделиями (19 предметов). Всего было выполнено 35 анализов для 32 предметов из стекла. Три стеклянные бусины были проанализированы дважды: для установления химического состава основного тела бусины и для цветного глазка. Изготовленные из цветного стекла бусы и подвески были украшены разноцветными стеклянными глазками и полосками, сочетавшими красный, желтый, зеленый, синий, коричнево-бурый, черный и белый цвета. Весь этот качественно разнообразный материал из стекла представлен двумя химическими типами, которые можно объединить в первоначальный исходный химический тип стекла. Спектральный анализ показал, что все исследованные образцы стекла содержат постоянные главные компоненты, определяющие химический тип, который образован пятью главными компонентами Na20 — CaO — MgO — Al2O3 — SiO2.

Соотношение этих компонентов показывает, что мастера-стеклоделы, по всей видимости, использовали местное сырье — кварцевый песок и золу местных, т. е прикаспийских, растений или морских водорослей, причем кварцевый песок (SiO2) содержал в качестве примесей окислы железа и титана, а также некоторое количество окислов кальция, магния, алюминия, а в состав золы входили окислы натрия, калия, кальция, магния, алюминия и марганца [1]. Стекла, содержавшие набор таких компонентов, в зависимости от условий варки могли быть бесцветными, прозрачными (см. таблицу состава, анализ № 10 — оконный диск) или окрашенными окислами железа и марганца в желто-зеленые и буро-коричневые тона (кусок стекла, анализ № 6, бусина — анализ № 29) [2]. Стекло этого же состава, возможно, содержащее сульфидное
железо, настолько густо окрашивалось, что казалось черным (анализы № 6, 11, 12, 14, 15, 19, 22, 23, 25, 34). Как показало исследование, черное стекло использовалось в качестве основного ядра и служило фоном при производстве глазчатых бус и инкрустированных цветной стеклянной крошкой или полосками.

При производстве однотонных и многоцветных стеклянных украшений, орнаментированных глазками и змейчатыми узорами, применялись красители стекла из свинца и меди. Одновременно с красителем в стекло вводилась двуокись олова, которая делала стекло непрозрачным, глухим. Свинец, добавлявшийся в стекла в виде красителя, в некоторых образцах содержался в таких количествах, что мы были вправе отнести эти стекла к новому химическому типу:

РhО — Na20 — CaO — MgO — А120з — Si02.

Если за условную границу концентрации, определяющую химический тип, считать содержание компонента выше 3%, то из 35 проанализированных стекол 19 относятся к свинцовому типу стекла. Остальные 16 образцов стекла содержали окись свинца в количестве от 2,5% до сотых долей процента и следов. Снижение содержания свинца в стекле в одних случаях можно рассматривать как свинец, использованный в качестве красителя, а в других — как случайную примесь.

В зависимости от условий, при которых проходила варка стекла, свинец и медь образовывали различные химические соединения, которые окрашивали стекла в красный, коричневый, желтый, зеленый и синий цвета. Некоторые из свинцовых стекол содержали такие соединения свинца, которые не были красящими, и стекла оставались бесцветными. К таким относились молочно-белые, заглушенные оловом стекла. Они использовались для получения орнамента в виде полосок и глазков (анализы № 20, 30). Примененное в производстве украшений желтое стекло содержало красящие соединения свинца. Желтое, заглушенное оловом стекло широко применялось

Химический состав стекла Селитренного городища

Продолжение таблицы

при изготовлении однотонных бус и подвесок, при сочетании с другими цветными стеклами составляло элементы глазков и полосок (анализы № 9, 13, 18, 24, 26, 31,32).

Медный краситель в восстановительной среде образует закись меди (Cu20), которая окрашивает стекла в красно-коричневый цвет различной тональности, причем стекла, окрашенные этим соединением меди, становятся непрозрачными и не требуют специального введения двуокиси олова как глушителя. Но тем не менее во всех изученных красных и коричневых стеклах, окрашенных закисью меди, содержалось олово (анализы № 7, 21, 27, 28, 35). Как компонент-глушитель красно-коричневого стекла двуокись олова была лишней. Не исключена вероятность того, что олово вводилось в стекло не самостоятельно, а одновременно со свинцом, находясь в его сплаве. По всей видимости, именно этим и объясняется увеличенное содержание олова в тех стеклах, где больше свинца, и его отсутствие или малое количество в стеклах с низким содержанием свинца.

Медный краситель в окислительной среде окрашивает стекла окисью меди (CuO) в голубой и синий цвета (анализы № 1, 4, 5, 8, 17, 33), а в присутствии жел¬того свинцового красителя образуется стекло, окрашенное в зеленый цвет (анализы № 2, 3, 16).

На основании изученного материала стеклоделательной мастерской Селитренного городища можно заключить, что в мастерской производили зольные стекла с постоянным составом пяти компонентов:

Na20 — CaO — MgO — А1203 — Si02.

Свинец, вводимый в стекло указанного состава в качестве красителя, образовывал новый химический тип:

РhО — Na20 — CaO — MgO — А1203 — Si02.

Имея в своем распоряжении в качестве красителей свинец и медь, а также постоянно находящиеся в стекле железо и марганец, стеклоделы так изменяли производственные режимы варки стекла, что могли получать бесцветные прозрачные, стекла и окрашенные в красный, желтый, зеленый, синий, коричневый, черный цвета.

В этот день:

Дни рождения

1802 Родился Поль-Эмиль Ботта — французский дипломат, археолог, натуралист, путешественник, один из первых исследователей Ниневии, Вавилона.

1883 Родился Иван Иванович Мещанинов — русский советский лингвист и археолог. Академик Академии наук СССР.

Дни смерти

1978 Умер Сергей Аристархович Семенов — специалист по экспериментальной археологии и первобытной техники, автор методики трасологического анализа первобытных орудий.

Открытия

1876 Генрих Шлиман вскрыл шахтовую гробницу в Микенах с большим количеством золотых вещей — «сокровищами Агамемнона».

1912 Людвигом Борхардтом на территории Ахетатона в развалинах мастерской царского скульптора Тутмоса обнаружен лежащий лицом вниз знаменитый скульптурный портрет царицы Нефертити.

Химический состав — стекло — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Cтраница 1

Химический состав стекол приведен в табл. 16 главы III настоящего раздела.
 [2]

Химический состав стекол, В табл. 16 приведен состав стекол для изготовления стеклоблоков.
 [4]

Химический состав стекла существенно влияет на электрические свойства изделий из стеклянного волокна, особенно на их удельное электросопротивление и диэлектрические потери. С введением окислов щелочных металлов электрические свойства стекла и стеклянных тканей резко снижаются ( табл. 88), особенно заметно при повышении температуры.
 [6]

Химический состав стекол в значительной степени влияет на их свойства. Увеличение содержания оксидов А12О3, СаО, ZnO, B2O3, ВаО повышает прочность, твердость, модуль упругости стекла и снижает его хрупкость.
 [7]

Химический состав стекла оказывает сильное влияние на основные характеристики стекол: на кристаллизацию стекломассы, вязкость стекла, упругие свойства, термостойкость, а особенно на химическую стойкость и электрические параметры стекол. Прибавление щелочных окислов сильно понижает вязкость стекол и температуру размягчения. В сильной зависимости от химического состава, особенно в условиях нагревания, находятся электрические свойства стекол, так как с повышением температуры в стекле увеличивается подвижность ионов, в особенности одновалентных катионов, и растет электропроводность. Электропроводность повышается также от действия влаги, потому что она является функцией степени электролитической диссоциации и подвижности ионов; при этом доминирующую роль играют катионы щелочных металлов благодаря своим малым размерам.
 [8]

Химический состав стекла оказывает определенное влияние на величину адгезии, причем степень этого влияния в значительной мере зависит от чистоты поверхности стекла. Поскольку в результате взаимодействия с атмосферной влагой и гидролиза силикатов поверхность всех стекол покрыта тончайшими кремнеземистыми пленками и, кроме того, изменена воздействием агрессивных сред при шлифовании и полировании, то проследить влияние химического состава стекла на объемных образцах стекла почти не удается.
 [9]

Химический состав стекла оказывает сильное влияние на основные характеристики стекол: на кристаллизацию стекломассы, вязкость стекла, упругие свойства, термостойкость, а особенно на химическую стойкость и электрические параметры стекол. Прибавление щелочных окислов сильно понижает вязкость стекол и температуру размягчения. В сильной зависимости от химического состава, особенно в условиях нагревания, находятся электрические свойства стекол, так как с повышением температуры в стекле увеличивается подвижность ионов, в особенности одновалентных катионов, и растет электропроводность. Электропроводность повышается также от действия влаги, потому что она является функцией степени электролитической диссоциации и подвижности ионов; при этом доминирующую роль играют катионы щелочных металлов благодаря своим малым размерам.
 [10]

Химический состав стекла оказывает определенное влияние на величину адгезии, причем степень этого влияния в значительной мере зависит от чистоты поверхности стекла. Поскольку в результате взаимодействия с атмосферной влагой и гидролиза силикатов поверхность всех стекол покрыта тончайшими кремнеземистыми пленками и, кроме того, изменена воздействием агрессивных сред при шлифовании и полировании, то проследить влияние химического состава стекла на объемных образцах стекла почти не удается.
 [11]

Химический состав стекол крайне разнообразен.
 [12]

Химический состав стекла включает: силикаты натрия, калия и кальция.
 [13]

Химический состав стекла тоже влияет на его механические свойства, но в значительно меньшей степени. Наивысшей прочностью обладают кварцевое и безщелочное стекла. Повышение содержания щелочных окислов Na2O, К2О и окиси свинца понижают прочность стекла; АЬОз, В2Оз, BaO, ZnO, CaO повышают ее.
 [14]

Химический состав стекла и метод расчета указаны в § 8 гл.
 [15]

Страницы:  

   1

   2

   3

   4

Боросиликатное стекло: свойства, производство и применение

Боросиликатное стекло, известное своей термостойкостью и физической прочностью, используется во многих областях, в основном связанных с изменениями температуры. Материал обязан своей прочностью и стойкостью уникальному сочетанию кремнезема, оксида бора и других оксидов. Присутствие оксида бора для замены некоторых оксидных компонентов увеличивает силы связывания внутри стеклянного материала.

Свойства боросиликатного стекла

Низкое тепловое расширение

Обладая коэффициентом теплового расширения не менее 3,2 x 10 ^-6 1/K, чистое боросиликатное стекло значительно более устойчиво к изменениям температуры, тогда как другие виды стекла могут деформироваться или деформироваться.

Устойчивость к тепловому удару делает этот материал пригодным для лабораторного обогрева и кухонной посуды. Это характерно низкое тепловое расширение позволяет материалу сохранять свою целостность даже при перемещении из холодного места (например, холодильника) в горячее место (например, духовку) за считанные секунды.

Изменения в количестве его компонентов могут увеличить коэффициент теплового расширения до 7,38 x 10 ^-6 1/K, но оно по-прежнему гораздо более стойкое, чем обычное известково-натриевое стекло.

Прочие термические свойства боросиликатного стекла включают следующие:

• Температура отжига = 470–640 °C
• Температура размягчения по Вика = 460 — 840°C
• Температура перехода = 440 — 560°C

Высокая прочность материала

По сравнению с аналогичной стеклянной посудой боросиликатное стекло лучше выдерживает удар тупым предметом. Он имеет модуль сдвига 26,5–27 ГПа и твердость по Кнупу 400–480 при 20°C.

Химическая устойчивость

Боросиликатное стекло устойчиво к коррозии и разрушению в кислой среде.

Производство и обработка

Этот особый вид стекла производится путем плавления следующих веществ (с соответствующим приблизительным составом): кварцевый песок (590,5%), оксид бора (21,5%), оксид калия (14,4%), оксид цинка (2,3%) и следовые количества оксида кальция и оксида алюминия.

Другие варианты, например, в случаях, когда боросиликатное стекло используется в качестве посуды, могут изменять состав кремнезема до 81%, в зависимости от его предполагаемого использования.

Процесс плавки требует значительно более высокой температуры, чем традиционное производство стекла, из-за высокой температуры перехода материала до 560°C.

После изготовления подложки боросиликатное стекло можно обрабатывать несколькими способами в зависимости от применения материала. Этот стеклянный материал можно формовать или вытягивать в трубы и обрабатывать до нестандартных форм и размеров.

Применение боросиликатного стекла

Благодаря своим физическим и химическим свойствам боросиликатное стекло нашло применение в самых разных отраслях и областях применения.

Лабораторная стеклянная посуда

Боросиликатное стекло популярно в качестве основного материала для лабораторной посуды, в основном из-за химической и термической стабильности материала. Большинство современных мензурок, колб и других стеклянных сосудов, предназначенных для лабораторного использования, изготовлены из боросиликатного стекла.

Фармацевтические стеклянные трубки

Боросиликатное стекло используется для изготовления фармацевтических контейнеров, таких как шприцы, картриджи, флаконы и ампулы. Материал в основном химически инертен при контакте с большинством жидких лекарственных препаратов.

Посуда и кухонные принадлежности

Благодаря своей исключительной термостойкости этот стеклянный материал нашел применение в кухонной посуде, особенно для приготовления пищи и выпечки. Популярные бренды посуды используют боросиликатное стекло для форм для выпечки и стеклянных кастрюль.

Кроме того, из-за низкого теплового расширения этот стеклянный материал используется для мерных чашек и подобных сосудов. Градация, нанесенная на стеклянную тару, сохраняет свою точность, поскольку материал не деформируется при воздействии высоких температур.

Оптическое оборудование

Благодаря стабильности боросиликатного стекла, это хороший материал для изготовления предметных стекол и линз для микроскопов, телескопов и других оптических устройств. Добавление легирующих добавок может изменить характеристики стекла, такие как спектры оптического поглощения.

Осветительная техника

Осветительному оборудованию требуются стеклянные сосуды и мембраны, способные выдерживать сильный нагрев, и именно здесь боросиликатное стекло чрезвычайно полезно. Устройства, в которых используется этот тип стекла, включают газоразрядные лампы, современные мощные фонари и студийные прожекторы.

Недавние исследования включают модификации химического состава боросиликатного стекла путем добавления легирующих химикатов. Изменение спектров фотолюминесценции материала может стать полезным для твердотельных дисплеев, W-LED и подобных приложений.

Типы и свойства стекла

Стандарты стекла

Изделия из стекла, поставляемые DWK Life Sciences, изготавливаются из различных типов стекла, соответствующих следующим международным стандартам:

Стандарт	3.1 Боросиликатное стекло 40100 9000 1.3 Расширение Расширяющее боросиликатное стекло (прозрачное)	5. 4 Расширяющее боросиликатное стекло (янтарное)	7.8 Расширяющее натриево-известковое стекло (янтарное)	9.1 Расширяющее натриево-известковое стекло (прозрачное)
ASTM E-438	Тип 1 Класс А	Тип 1 Класс B	Тип 1 Класс B	Тип 2	Тип 2
Фармакопея США (USP)	Тип 1	Тип 1	Тип 1	Тип 3	Тип 3
Европейская фармакопея (ЕР)	Тип 1	Тип 1	Тип 1	Тип 3	Тип 3

3.3 Expansion borosilicate glass also complies with ISO 3585 and DIN 12217.

All Pyrex ^® , Quickfit ^® , SVL ^® and many MBL ^® and Wheaton ^® products are manufactured from 3.3 расширительное боросиликатное стекло (если не указано иное).

Из-за жестких условий, которым подвергается лабораторная стеклянная посуда, максимальная химическая стойкость, минимальное тепловое расширение и высокая устойчивость к тепловому удару являются ключевыми свойствами боросиликатного стекла расширения 3. 3, которые делают его идеальным материалом для использования в лаборатории.

Многие продукты DWK Life Sciences соответствуют другим стандартам, установленным для лабораторной посуды; например, стеклянные стаканы соответствуют ISO 3819, а мерные колбы соответствуют ISO 1042 и DIN 12664. Обычно в этих стандартах указывается не только тип стекла, но также детали размеров, объемная точность и допуски.

Химический состав

3.3 Расширяющееся боросиликатное стекло обладает очень высокой стойкостью к воздействию воды, кислот, растворов солей, галогенов и органических растворителей. Только плавиковая кислота, горячая концентрированная фосфорная кислота и сильные щелочные растворы вызывают заметную коррозию стекла. Нейтральное боросиликатное стекло (ASTM E-438, тип 1B) также обладает превосходными свойствами химической стойкости, что делает его идеальным для хранения или упаковки кислых, нейтральных и щелочных продуктов, а также растворов для инъекций. Известково-натриевое стекло (ASTM E-438, тип 2) менее химически стойкое, чем боросиликатное стекло, и обычно подходит для хранения сухих порошков и контейнеров для хранения обычных проб.

Различные типы стекла имеют следующий типичный химический состав (прибл. % по весу):

5.4

Физические свойства и химические данные для стекла

Гидролитическая стойкость

Для многих применений важно, чтобы лабораторная посуда обладала превосходной гидролитической стойкостью; например во время процедур паровой стерилизации, когда многократное воздействие водяного пара при высокой температуре может привести к выщелачиванию ионов щелочи (Na+). Боросиликатное стекло имеет относительно низкое содержание оксида щелочного металла и, следовательно, высокую стойкость к воздействию воды.

Кислотостойкость

Стекла с высоким процентным содержанием диоксида кремния (SiO2) менее подвержены воздействию кислот. 3.3 Расширяющееся боросиликатное стекло содержит более 80% диоксида кремния и поэтому обладает исключительной устойчивостью к кислотам (за исключением горячей концентрированной фосфорной кислоты и плавиковой кислоты). Стекло разделено на 4 класса кислотостойкости, а боросиликатное стекло соответствует классу S1 по DIN 12116 и соответствует требованиям ISO 1776.

Щелочестойкость

Щелочные растворы воздействуют на все стекла, а боросиликатное стекло можно классифицировать как умеренно стойкое. Щелочестойкость боросиликатного стекла соответствует требованиям класса A2 согласно ISO 695 и DIN 52322.

Более подробная информация о физических и химических свойствах стекла приведена в следующей таблице.

9

Коэффициент расширения -1

	3.3 Боросиликатное расширительное стекло	4.9 Боросиликатное расширительное стекло (прозрачное)	5.4 Расширяющее боросиликатное стекло (янтарное)	7.8 Расширяющее натриево-известковое стекло (янтарное)	9.1 Расширяющее натриево-известковое стекло (прозрачное)
3,3	4,9	5,4	7,8	9.1
Рабочая точка °C	1252	1160	1165	1050	1040
Точка размягчения° C	821	785	770	720	720
Точка отжига ° C	565	565	560	540	530
Температура превращения ° C	525	565	550	535	525
Плотность при 25° Сг/см-3	2,23	2,34	2,42	2,5	2,5
Гидролитическая стойкость
Согл. по ИСО 719	Класс HGB 1	Класс HGB 1	Класс HGB 1	Класс HGB 2	Класс HGB 3
Согл. к ЕР	Тип 1	Тип 1	Тип 1	Тип 111	Тип 111
Согл. к USP	Тип 1	Тип 1	Тип 1	Тип 111	Тип 111
Кислотостойкость (DIN 12116)	Класс S1	Класс S1	Класс S1	Класс S2	Класс S1
Щелочестойкость (ISO 695)	Класс А2	Класс А2	Класс А2	Класс А2	Класс А2

Термостойкость

3.3 Расширяющееся боросиликатное стекло, такое как Pyrex ^® , обладает превосходными термическими свойствами как при высоких, так и при низких температурах. Максимальная рекомендуемая рабочая температура для лабораторной посуды 3. 3 из расширяющегося боросиликатного стекла составляет 500°C (только на короткий период времени). Особое внимание следует уделить при температуре выше 150°C, чтобы обеспечить медленное и равномерное нагревание и охлаждение. 3.3 Расширяющееся боросиликатное стекло также отлично работает при более низких температурах и может выдерживать условия примерно до -192°C, что делает его пригодным для использования с жидким азотом. При обычном лабораторном использовании температура -70°C легко поддерживается в течение длительных периодов времени. Опять же, следует соблюдать особую осторожность, чтобы избежать резких изменений температуры, и охлаждение должно осуществляться медленным равномерным образом.

Оптические данные

Боросиликатное стекло Pyrex ^® прозрачно и бесцветно на вид и, таким образом, пропускает свет в видимом диапазоне спектра. Это качество делает его идеальным для работ, связанных с фотохимическими реакциями, например, хлорированием. График (ниже) показывает степень пропускания света в зависимости от длины волны в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях спектра. Для большинства стеклянной посуды, представленной в нашем каталоге, толщина стекла составляет 2 – 5 мм.

Посуда из стекла Pyrex

^® с янтарным покрытием

Несколько продуктов марки Pyrex ^® , включая лабораторные бутыли со средами и мерные колбы, доступны из стекла с янтарным покрытием. Стеклянная посуда покрыта на внешней поверхности коричневым диффузионным цветом, что приводит к сильному поглощению в коротковолновой области до 500 нм. Эта функция особенно полезна при работе с реагентами, чувствительными к свету.

Центрифужные пробирки

DWK Life Sciences может поставить ряд Pyrex 9Центрифужные пробирки 0011® и Quickfit ^® . Мы рекомендуем максимальную относительную центробежную силу (RCF), которой они могут подвергаться, в информации о конкретном продукте. Перед центрифугированием важно рассчитать фактические значения относительной центробежной силы, которые будут получены. Это можно быстро определить, используя следующую номограмму.