Glassware Chemical, เครื่องแก้ว สารเคมี อุปกรณ์วิทยาศาสตร์

Archive for the ‘ความรู้ทั่วไปเกี่ยวกับแก้ว (glass introduction)’ Category

แก้วพิเศษ (special glasses) เป็นแก้วที่ผลิตขึ้นเป็นพิเศษ เพื่อให้มีคุณสมบัติจำเพาะตามความต้องการใช้งาน แก้วจำพวกนี้จึงมีสมบัติเด่นเฉพาะตัว มีหลายชนิดด้วยกัน โดยแก้วพิเศษแต่ละชนิดจะระบุส่วนผสมหรือสารอนินทรีย์ที่มีในเนื้อแก้วนั้นๆ ด้วย ตัวอย่างของแก้วจำพวกนี้ได้แก่

1. แก้วปลอดซิลิคอน (silicon free glass) ใช้ผลิตหลอดแสงโซเดียม (sodium vapor discharge lamp) โดยมีส่วนประกอบของ โบรอนออกไซด์ (B2O3) 36%, อลูมิเนียมออกไซด์ (Al2O3) 27%, แบเรียมออกไซด์ (BaO) 27% และ แมกนิเซียมออกไซด์ (MgO) 10%

2. แก้วฟอตเฟต (phosphate glass) เป็นแก้วที่มีความทนทานต่อกรดที่กัดแก้วได้ (กรดไฮโดรฟลูออริก, HF) โดยมี่ส่วนประกอบของ ฟอสฟอรัสออกไซด์ (P2O5) 72%, อลูมิเนียมออกไซด์ (Al2O3) 18% และซิงค์ออกไซด์ (ZnO) 10%

3. แก้วที่มีส่วนผสมของตะกั่วในปริมาณสูง (high lead content glass) ใช้ในงานทางด้านรังสี ซึ่งสามารถดูดกลืนรังสีแกรมมา (gramma ray) และรังสีเอ็กซ์ได้ (X-ray) ได้ นอกจากนั้นแก้วชนิดถูกจัดอยู่ในกลุ่มแก้ว very dense flint glass จึงมีการนำมาใช้ทำเลนซ์แว่นตาได้ โดยมีส่วนประกอบดังนี้ ซิลิกอนออกไซด์ (SiO2) 20% และตะกั่วออกไซด์ (PbO) 80%

ในปัจจุบันมีการพัฒนาความก้าวหน้าของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ทำให้มีการผลิตแก้วที่มีคุณสมบัิติพิเศษ มีความจำเพาะกับงานต่างๆ หลากหลายชนิด หากมีความสนใจสามารถสอบถามได้โดยตรงจากบริษัทผลิตแก้ว

Popularity: 24% [?]

แก้วทนอุณหภูมิสูงและแก้วที่แสงอัลตร้าไวโอเลตส่องผ่านได้ (the high temperature and UV-transmission glasses) เป็นแก้วชนิดสุดท้ายที่พบในห้องปฏิบัติการ หรือเรียกกันทั่วไปว่าแก้วควอทซ์ หรือ ซิลิก้าบริสุทธิ์ (pure SiO2) แต่ยังคงมีโลหะอัลคาไลน์ (Na Mg) ไฮดรอกซิล (OH-) และออกไซด์ (Oxide) เจือปนอยู่เล็กน้อย (น้อยกว่า 1%)

                ในกระบวนการผลิตแก้วควอทซ์ทางอุตสาหกรรม จะใช้ซิลิกอนเตตระคลอไรด์ (silicon tetrachloride, SiCl4) หรือผลึกควอทซ์บริสุทธิ์ (pure quartz crystal, sand) เป็นสารตั้งต้น

                สมบัติของแก้วชนิดนี้ได้แก่ มีสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นต่ำ มีความแข็งแกร่ง มีความต้านทานต่อสารเคมีและไฟฟ้าแม้ในขณะร้อน ไม่ดูดกลืนแสงในช่วงอัลตร้าไวโอเลตและวิสิเบิ้ล (Ultraviolet-Visible)

            แก้วควอทซ์นี้ใช้ประโยชน์ในการทำเครื่องแก้ววิทยาศาสตร์พิเศษที่ทนทานต่อสารเคมี และใช้ในการทดลองที่มีอุณหภูมิสูงๆ ใช้เป็นวัสดุสะท้อนแสงเลเซอร์ ใช้ทำครูซิเบิ้ล (crucible) สำหรับผลิตผลึกเดี่ยวของซิลิก้าบริสุทธิ์เพื่อใช้ในงานทางอิเล็กทรอนิก นอกจากนี้ยังใช้ทำกระจกสำหรับกล้องโทรทัศน์และดาวเทียมอีกด้วย 

Popularity: 25% [?]

แก้วบอโรซิลิเกต (borosilicate glass) หรือ แก้วแข็ง (the hard glasses) เป็นแก้วอีกชนิดหนึ่งที่พบได้ทั่วไปในห้องปฏิบัติการ เหตุผล 2 ประการที่เรียกว่าแก้วแข็งเนื่องจาก 1. มีความแข็งทนต่อการกระแทก มากกว่า 3 เท่า เมื่อเทียบกับแก้วอ่อน และ 2. ทนความร้อน นอกจากนั้นแก้วแข็งมีค่าสัมประสิทธ์การขยายตัวต่ำเมื่อเทียบกับแก้วอ่อน เมื่อใช้งานที่อุณหภูมิสูงแล้วรูปร่างของแก้วจะไม่เปลี่ยนแปลง และยังทนต่อการกัดกร่อนของสารเคมีต่างๆ ได้หลายชนิด รวมทั้งสารละลายเบสด้วย เช่น โซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH)

            ในทางการค้าจะพบแก้วบอโรซิลิเกตที่ถูกนำมาใช้ในงานหลายๆ ด้าน เช่น ใช้ทำเป็นกระจกของเตาอบ ฝาหม้อสุกี้ เป็นต้น เนื่องจากว่าทนความร้อนได้นั่นเอง  หรือมีการใช้ทำกระจกครอบไฟรถยนต์ และกระจกครอบไฟส่องสว่างที่ใช้ภายในและภายนอกอาคาร ส่วนภายในห้องปฏิบัติการก็ใช้ทำ บีกเกอร์ ขวดรูปชมพู่ บิวเรตต์ และขวดก้นกลม เป็นต้น โดยผู้ผลิตมี 3 ยี่ห้อ ด้วยกันคือ Pyrex, Kimax และ Duran

            แม้ว่าแก้วบอโรซิลิเกตจะทนทานต่อการกัดกร่อนของสารเคมีหลายชนิดก็ตาม แต่มีสารเคมีบางชนิดที่สามารถละลายแก้วบอโรซิลิเกตได้ เช่น กรดไฮโดรฟลูออริก (HF) กรดฟอสฟอริกร้อน (hot H3PO4) สารละลายเบสแก่ (conc.NaOH) เพราะฉะนั้นควรระลึกไว้เสมอว่า ห้ามเก็บสารเคมีเหล่านี้ไว้ในขวดแก้ว หรือหากจำเป็นต้องเก็บสารละลายเบสอ่อนก็ไม่ควรเก็บไว้นานจนเกินไป 

Popularity: 29% [?]

แก้วอ่อน (the soft glasses)

            เรียกชื่อตามคุณสมบัติทางกายภาพของแก้วเลย กล่าวคือเนื้อแก้วมีความอ่อนตัวได้ง่ายเมื่อเทียบกับแก้วชนิดอื่น ในทางการค้าจะเห็นวัสดุที่ทำด้วยแก้วอ่อน เช่น แผ่นกระจก ขวดแก้ว เหยือกแก้ว และแก้วน้ำ โดยแก้วอ่อนนี้สามารถเปลี่ยนสีได้ง่ายเพื่อความสวยงาน เช่นแก้วที่บรรจุเครื่องดื่มโดยทั่วไปจะเป็นสีน้ำตาล หรือสีเขียว หรือในห้องปฏิบัติการก็ใช้เป็นขวดใส่สารรีเอเจนต์ใส หรือสีชา เป็นต้น

                แก้วอ่อนที่พบในห้องปฏิบัติการจะเป็นชนิดแก้วโซดาไลม์ (soda lime glass) ซึ่งโซดา(soda) หมายถึง โซเดียมออกไซด์ (Na2O) และ ไลม์ (lime) คือ แคลเซียมออกไซด์(CaO)หรือแมกนีเซียมออกไซด์(MgO) ส่วนแก้ว(glass) คือ มีส่วนประกอบของซิลิก้าSiO2 เป็นส่วนประกอบหลัก วัสดุที่ใช้ผลิตแก้วชนิดนี้จะมีราคาถูก เนื่องจากอุณหภูมิที่ใช้ในกระบวนการผลิตไม่สูงมากนัก อายุการใช้งานก็นาน(ยกเว้นทำตกแตก) นอกจากนั้นสามารถนำกลับมาใช้ได้ใหม่ผ่านกระบวนการรีไซเคิล(recycle) ได้ง่ายอีกด้วย

                ส่วนคุณภาพของแก้วชนิดนี้ขึ้นอยู่กับส่วนผสมทางเคมี โดยทั่วไปจะพบ CaO อยู่ในปริมาณ 8-12% และ Na2O 12-17% นอกนั้นเป็น SiO2 หากแก้วมีส่วนผสมของ CaO มาก ระหว่างกระบวนการผลิตโครงสร้างแก้วจะมีบางส่วนเกิดเป็นผลึก หากมีส่วนผสมของ CaO น้อย (Na2O มาก) จะทำให้แก้วดูดความชื้นได้ดีมีโอกาสที่แก้วจะทำปฏิกิริยากับน้ำได้(ละลายน้ำได้) ทำให้อายุการใช้งานสั้นลง

                สารละลายโซเดียมซิลิเกต (sodium silicate) หรือแก้วที่ละลายได้ในตัวทำละลายที่เป็นน้ำ (water glass) จะมีส่วนผสมของ Na2O ในปริมาณมากจึงละลายน้ำได้ ซึ่งแก้วจะอยู่ในรูปของเหลว (liquid glass) และสามารถทำให้อยู่ในรูปของแข็งได้โดยการระเหยเอาน้ำซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวทำละลายออก ส่วนประกอบโดยประมาณของสารละลายโซเดียมซิเกต คือ SiO2 27% , NaOH 14% (หากไม่มีน้ำจะอยู่ในรูป Na2O) และน้ำ 59%

            ส่วนใหญ่แก้วที่พบในห้องปฏิบัติการจะเป็นชนิดแก้วอ่อน สังเกตได้ง่ายๆ โดยดูอักษรติดที่เครื่องแก้ว หากมีคำว่า Pyrex, Kimax หรือ Duran จะไม่ใช่แก้วอ่อน หากไม่มีก็จะอยู่ในประเภทแก้วอ่อน ชนิดแก้วโซดาไลม์ นักเรียนหรือนักศึกษาที่เรียนปฏิบัติการทางด้านเคมี จะพบว่ามีบทเรียนพื้นฐานเกี่ยวกับการเป่าแก้ว โดยการทำอุปกรณ์ง่ายๆ ที่ใช้ในห้องปฏิบัติการ เช่น หลอดหยด (dropper) หลอดนำก๊าซ หลอดทดลอง(test tube) แท่งแก้วคน (stirring rod) เป็นต้น โดยแก้วที่ใช้จะเป็นแก้วอ่อน สามารถงอ หรือยืดแก้วได้โดยใช้ความร้อนจากตะเกียงบุนเสน(Bunsen burner) บริษัทที่ผลิตหลอดแก้วขาย เช่น Wheaton หรือ Friendrich&Dimmock และSchott 

Popularity: 27% [?]

ประเภทแก้วหรือชนิดแก้วที่ใช้ในห้องปฏิบัติการ (Type of glasses used in the Lab)

                แก้ว(glass) มีคุณสมบัติที่แตกต่างกัน เนื่องจากส่วนประกอบ หรือองค์ประกอบทางเคมีมีความแตกต่างกัน ทำได้โดยการเติมออกไซด์ของโลหะลงไปในแก้ว การผลิตแก้วในทางการค้ามีการแบ่งประเภทของแก้วได้ประมาณ 1000 ชนิด แต่แก้วที่ใช้ในห้องปฏิบัติการมี  3 ประเภทใหญ่ๆ ด้วยกันคือ แก้วอ่อน (the soft glasses) แก้วแข็ง (the hard glasses) และแก้วที่มีคุณสมบัติส่องผ่านแสงอุลตร้าไวโอเลต(UV-transmission glasses) และทนความร้อนสูง (High-temperature)

            คุณสมบัติของแก้วที่นักวิทยาศาสตร์สนใจคือ การขยายตัวได้ของแก้วที่อุณหภูมิสูง ค่าดัชนีหักเหของแสงเมื่อส่องผ่านแก้วและค่าความต้านทานไฟฟ้าของแก้ว ซึ่งจะเปลี่ยนแปลงได้ที่อุณหภูมิต่างๆ ดังนั้นการออกแบบแก้วหรือผลิตแก้วให้ได้ตามวัตถุประสงค์ในการใช้งานจะต้องคำนึงถึงส่วนประกอบและอุณหภูมิในการใช้งาน เช่น แก้วที่ทำให้ร้อนจะมีความต้านทานไฟฟ้าลดลงหรือนำไฟฟ้าได้ดีขึ้น ในขณะเดียวกันโครงสร้างแก้วจะขยายตัว ขนาเช่องว่างในโครงสร้างใหญ่ขึ้น ทำให้แสงหรืออะตอมอื่นๆ ทะลุผ่านได้ง่ายขึ้น หรือในกรณีที่เราเติมออกไซด์ของตะกั่ว (PbO2) ลงไปในแก้วซิลิเกต (silicate glass) จะได้แก้วที่มีความหนืดเพิ่มแต่การนำไฟฟ้าจะลดลง จะเห็นได้ว่าเราได้คุณสมบัติอย่างหนึ่งตามต้องการแต่จะเสียสมบัติอีกอย่างหนึ่งไปด้วย

Popularity: 26% [?]

แก้ววิทยาศาสตร์ (science glasses)  โครงสร้างแก้ว (structure of glass) และสมบัติแก้ว (properties of glass)

เมื่อนึกภาพถึงการทดลองทางวิทยาศาสตร์ คนส่วนมากจะนึกถึงนักวิทยาศาสตร์ผมยุ่ง ทำการทดลองวิทยาศาสตร์อะไรสักอย่างที่มีอุปกรณ์เครื่องมือที่ใช้ในห้องปฏิบัติการ(laboratory equipment) และเครื่องแก้วทางวิทยาศาสตร์(laboratory glassware)ใส่สารเคมีวางเรียงรายอยู่เต็มไปหมดและยังมีควันสีขาวลอยออกมาจากการทดลองนั้น เครื่องแก้วที่พบเห็นหรือที่สังเกตได้ คือ หลอดทดลอง(test tube) บีกเกอร์(beaker) ขวดก้นกลม(round bottom flask) เป็นต้น ซึ่งเครื่องแก้วจะไม่รวมอยู่ในกลุ่มของสารเคมี(chemicals) และกลุ่มของเครื่องมือ แต่จะแยกออกมาเป็นกลุ่มของเครื่องแก้วต่างหาก แน่นอนว่าเครื่องแก้วมีสำคัญอย่างมากในการทำปฏิบัติการเพราะมีความจำเป็น 3 ประการดังนี้

     1. แก้วมีความใส ทำให้สังเกตเห็นปฏิกิริยาภายในได้อย่างชัดเจน

     2. เป็นวัสดุที่มีความเสถียรมาก ไม่ทำปฏิกิริยากับสารเคมีอื่นได้ง่าย

     3. ง่ายต่อการออกแบบเป็นรูปทรงต่างๆ เพื่อใช้สร้างอุปกรณ์ที่มีรูปร่างเหมาะสมกับการทดลอง นอกจากนี้ยังสามารถซ่อมแซมได้หากชำรุด

สมบัติและโครงสร้างของแก้ว (structure and properties of glass)

            คำจำกัดความที่เป็นมาตรฐานของแก้วเมื่อปี ค.ศ. 1985 คือ “ของแข็งที่ไม่เป็นผลึก” (“noncrystalline solid”) ส่วน ASTM (Americal Society for Testing Material) ให้คำจำกัดความว่า “เป็นสารอนินทรีย์ที่เกิดจากการหลอมและเย็นตัวลงจนได้สถานะที่มีความคงตัวโดยไม่เกิดเป็นผลึก” แต่หลังจากปีค.ศ. 1985 มีการคิดค้นแก้วที่เกิดจากวัสดุที่เป็นสารอินทรีย์ และโลหะขึ้นมา ทำให้เกิดคำจำกัดความที่มีความถูกต้องมากกว่าคือ “ วัสดุใดๆ ที่มีการเย็นตัวลงเร็วเพียงพอที่ทำให้ไม่เกิดโครงสร้างที่เป็นผลึก”

                ทำไมแก้วจึงมีคุณสมบัติแตกต่างกัน พิจารณาได้จากโครงสร้างของผลึกควอทซ์ (quartz crytal) และแก้วควอทซ์(quartz glass) โดยการเปรียบเทียบโครงสร้างในระดับโมเลกุล

                ธาตุที่เป็นองค์ประกอบของผลึกควอทซ์ คือ ซิลิคอน (Si) และ ออกซิเจน (O) โดยมีสูตรเคมีเป็น SiO2 ไม่มีธาตุอื่นปนอยู่ ซึ่ง SiO2 จะเป็นส่วนประกอบหลักของแก้วทั่วๆไป โครงสร้างของผลึกควอทซ์จะมีการจัดเรียงเป็นรูปทรงแบบเตตระฮีดรอน(tetrahedral)ที่เกิดจากอะตอมออกซิเจน และมีอะตอมของซิลิคอนอยู่ในช่องว่างแบบเตตระฮีดรอน(tetrahedral hole) ซึ่งอะตอมออกซิเจน 2 อะตอมจะเชื่อมต่อกับออกซิเจนอะตอมอื่นในลักษณะ 3 มิติ (ดังภาพซ้าย) และมีความเป็นระเบียบของโครงสร้าง(เป็นผลึก)

                เมื่อเราหลอมผลึกควอทซ์ และทำให้เย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว การเชื่อมต่อแบบผลึกจะเปลี่ยนเป็นการเชื่อมต่อแบบไม่เป็นระเบียบ (ภาพด้านขวา) เรียกชื่อใหม่ว่า “fused quartz” “fused silica” หรือ “quartz glass” จะเห็นได้ว่าโครงสร้างมีการเปลี่ยนแปลงไป ทำให้คุณสมบัติทางกายภาพเปลี่ยนไป นอกจากนั้นเรายังสามารถเติมสารเคมีอื่นๆ ลงไปเพื่อปรับเปลี่ยนโครงสร้างและคุณสมบัติทางเคมี เช่นเติมโลหะสีมีสีลงไปเพื่อให้มีสีสันต่างๆ ตามความต้องการในการใช้งาน

Popularity: 27% [?]