แก้ววิทยาศาสตร์ (science glasses)


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

 glass-structure 

                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% [?]

Leave a Reply

You must be logged in to post a comment.

Search
Glassware Chemical Products