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Cada um de nós encontrou vidro mais de uma vez. Qualquer aluno sabe o que é esse material frágil e transparente. Vemos isso todos os dias em espelhos, janelas, louças e móveis, mas será que estamos familiarizados com isso? Como é produzido, o que é e quais são as propriedades do vidro?

O que essa palavra significa

Existem muitos materiais de referência que podem ajudar neste assunto. Qual é o significado da palavra “vidro” de acordo com uma das fontes mais populares? O dicionário de Ozhegov caracteriza esta substância como material duro, obtido a partir de areia de quartzo misturada com óxidos de determinados metais. Até a definição dá uma ideia do método de produção deste material. Mas passaremos a este tópico mais tarde.

Certamente todos estão acostumados com o fato de o vidro ser um material transparente. Mas observe que o dicionário de Ozhegov não fornece tal esclarecimento. O vidro pode ser não apenas transparente, mas também colorido ou fosco. Mas a composição do material difere ligeiramente.

Do que é feito o vidro?

A composição padrão do vidro é uma mistura de cal pura e soda. Vários aditivos podem ser usados ​​para alterar as propriedades do material. Mesmo assim, o principal componente é a areia pura do rio. Sua quantidade é de aproximadamente 75% de toda a mistura. O refrigerante permite reduzir a areia quase 2 vezes. A cal protege o vidro dos efeitos da maioria substancias químicas, e também adiciona força e brilho.

Impurezas adicionais:

• Manganês. É adicionado ao vidro para obter uma tonalidade verde específica. Níquel ou cromo podem ser usados ​​para obter outras cores.
• O chumbo confere ao vidro brilho adicional e um som característico. O material fica mais frio ao toque. O vidro misturado com chumbo é chamado de cristal.
• O óxido de ácido bórico também confere brilho e transparência adicionais ao material, ao mesmo tempo que reduz o coeficiente de dilatação térmica do produto.

História da produção de vidro

Mesmo há 6.000 anos, as pessoas sabiam como criar este material belo e frágil. É claro que sua aparência era um pouco diferente do vidro moderno, já que no Antigo Egito e na Mesopotâmia não existiam equipamentos para limpeza de areia e outras ferramentas de alta qualidade. Mesmo assim, a produção de vidro começou aí. Devido à sua resistência a impactos ambiente esse material deu aos historiadores uma ideia da cultura e das capacidades técnicas dos povos antigos.

A primeira fábrica de produção de vidro na Rússia surgiu em 1636. Estava localizado perto de Moscou. Pratos e pratos foram criados lá Grande desenvolvimento este ramo da indústria recebeu sob Pedro I.

Somente em 1859 a invenção da bomba de alta pressão possibilitou a confecção de vidro sem a participação de sopradores de vidro. Isso simplificou bastante a produção. E no início do século 19 foi descoberto propriedade interessante material - se o produto acabado for aquecido a uma determinada temperatura, as propriedades mecânicas do vidro aumentarão em 400%.

Produção moderna

As tecnologias avançaram muito, tornando possível criar qualquer material em grandes quantidades e com o mínimo de esforço humano. Atualmente, existem muitas fábricas onde o vidro é criado usando tecnologia padrão estabelecida. O que aconteceu material moderno, obtido a partir de areia de quartzito fundida, descobriremos familiarizando-nos com a tecnologia. Tomemos como exemplo o material em folha.

Produção de vidro por etapas:

1. Todos os ingredientes necessários são colocados no forno e aquecidos até formar uma massa líquida homogênea.
2. Em um homogeneizador especial, esta liga é misturada até ficar homogênea.
3. A massa resultante é despejada em um recipiente plano, no fundo do qual há estanho fundido. Ali o vidro é distribuído, formando uma fina camada uniforme.
4. O material resfriado e endurecido é enviado para a esteira. Lá, a espessura do vidro é controlada e cortada. Os materiais que não passam no teste, assim como as peças defeituosas, são encaminhados para refusão.
5. É realizada uma verificação final de qualidade, após a qual o vidro chega ao armazém de produto acabado.

Tipos de vidro

Atualmente, esse material é um dos mais comuns. Não é de surpreender que existam diferentes tipos de vidro, diferindo tanto na aparência quanto nas propriedades físicas. Aqui estão alguns deles:

1. Copo de cristal. Este é um material que contém chumbo. Falamos sobre isso acima.
2. Contém a areia mais pura, o que o torna altamente durável. Capaz de suportar oscilações de temperatura, por isso é utilizado na confecção de instrumentos ópticos, vidrarias de laboratório e janelas.
3. Vidro de espuma. Fácil material de construção, que pode ser utilizado tanto para acabamento quanto para assentamento de paredes e pisos. Contém um grande número de vazios, devido aos quais possui elevadas propriedades de isolamento térmico e acústico.
4. Lã de vidro. Um material volumoso e arejado composto por fios finos e muito fortes. Resistente ao fogo, portanto utilizado não só na construção, mas também na costura de roupas para bombeiros e soldadores.

Aplicação de vidro

Dependendo das propriedades e aparência Este material pode ser usado para quase qualquer finalidade. O principal consumidor do vidro produzido atualmente é a indústria da construção. Utiliza mais da metade do material produzido. A sua finalidade pode ser muito diversa - revestimento de paredes, envidraçamento de janelas, construção de paredes em tijolo vazado, isolamento térmico, etc. O campo da construção também inclui o que é uma janela gótica, provavelmente todos sabem. Via de regra, é disposto a partir de grande quantidade vidro colorido. Hoje em dia, os vitrais não perderam relevância e são utilizados tanto na construção como na produção de móveis.

Em segundo lugar em popularidade estão os recipientes de vidro para diversos fins. Um pouco menos talheres são produzidos. Vale ressaltar que na indústria química o vidro é um material indispensável por ser resistente à maioria dos reagentes.

Propriedades físicas

Como qualquer outro material, o vidro possui uma série de qualidades que você precisa conhecer antes de utilizá-lo em uma determinada área.

1. Densidade. Pode variar dependendo da composição da mistura e do método de fabricação. A densidade do vidro pode variar de 220 a 650 kg/m3.
2. Fragilidade. Esta característica é característica distintiva vidro e limita seu uso na área de construção. Atualmente, os cientistas estão criando ligas mais complexas que maximizam a resistência do material.
3. Resistência ao calor. O vidro comum pode suportar temperaturas de até 90 o C. Após o tratamento, as propriedades térmicas do material aumentam significativamente. Por exemplo, o vidro industrial pode suportar temperaturas superiores a 200 o C.

Aprendemos muito sobre o vidro - o que é, como é produzido e quais propriedades possui. É hora de fazer uma pequena pausa e conhecer o que há de mais fatos interessantes sobre este material muito comum. Poucas pessoas sabem disso:

• A velocidade da rachadura é de 4.828 km/h.
• O tempo de decomposição deste material é de aproximadamente um milhão de anos.
• O vidro pode ser derretido repetidamente praticamente sem perda de qualidade. A este respeito, quase não tem análogos.
• Por ser um material amorfo, o vidro fundido não solidificará quando resfriado rapidamente. Isto requer condições especiais.

Não é à toa que o vidro é usado tão ativamente na construção e em outras áreas da vida humana. Certamente continuará sendo um dos materiais mais populares por muito tempo. Esta afirmação é apoiada pela resistência, durabilidade e relativa facilidade de fabricação do vidro, devido ao fato dos componentes para sua criação estarem presentes na Terra em grandes quantidades.

Por que você precisa de fornos para fusão de vidro? O fato é que para fazer algo útil do vidro, é preciso primeiro derretê-lo, e ele derrete a temperaturas nem mais nem menos, 1400-1600 ° C.

A matéria-prima para a produção de vidro é principalmente areia de quartzo (óxido de silício SiO2)

Areia de quartzo

Para dar ao vidro as propriedades necessárias, a areia de quartzo é misturada com diversos aditivos, principalmente calcário (do tipo que é concha rochosa, das fachadas dos edifícios), feldspato, dolomita, soda e corantes (óxidos metálicos).

Calcário

Feldspato

Dolomite

Existem até 20-30% desses aditivos no vidro. Em geral, quanto mais aditivos, menor será a viscosidade do fundido (grosso modo, é “mais fluido”) e menor será o ponto de fusão, ou seja, é mais fácil de processar, por exemplo, você pode soprar garrafas, etc., já a 800 °C. Mas pode ser diferente: se, por exemplo, for adicionado óxido de boro à mistura, o resultado será um vidro borossilicato, resistente ao calor e às mudanças de temperatura - para deleite das donas de casa. O vidro feito de óxido de silício puro será refratário; para explodir qualquer coisa, será necessário aquecê-lo a 1600 °C.

Em geral, separamos as matérias-primas. Tudo o que é necessário é cuidadosamente limpo, triturado (geralmente fábricas/produções de processamento especiais fazem isso), misturado e colocado em um forno de vidro através de uma janela especial. Dentro da fornalha de uma enorme piscina, um fogo quase infernal toma conta e transforma a areia em líquido em poucas horas.

Chama dentro do forno.

A propósito, aquecer tal forno até a temperatura necessária é um processo difícil, longo e, o mais importante, caro (quanto combustível é necessário para aquecer um idiota tão grande para 2 a 9 mil toneladas de vidro!), portanto, tendo acendem uma vez, tentam não apagá-lo novamente: Durante os 10-15 anos de fusão do vidro, o serviço do forno é interrompido apenas algumas vezes para reparos a frio.

Naturalmente, a mistura não derrete de uma só vez, mas gradualmente; À medida que derrete, ele se mistura e saem bolhas de ar. O que já está bem derretido se acumula no fundo da piscina (a densidade do derretimento é maior) e, segundo a lei dos vasos comunicantes, flui por baixo da parede passando pela piscina para outra parte dela, longe da chama e a mistura ainda não fundida.

Aqui a temperatura é um pouco mais baixa, e o vidro líquido daqui vai para o próximo banho de trabalho fora do forno, e de lá vai para o processamento. Para produzir chapas de vidro para janelas e espelhos, por exemplo, elas são fundidas e laminadas quase como metal.

Para obter uma superfície perfeitamente plana, nas fábricas modernas, o vidro fundido é primeiro despejado em uma piscina cheia de estanho fundido, e o vidro, flutuando na superfície do estanho, é distribuído sobre ele em uma camada ainda fina e esfria de cerca de 1000 a 600 ° C, o chamado vidro float.

Como já disse, esse processo é contínuo, e a saída após o resfriamento é uma fita de vidro sem fim. Mas antes de cortá-lo em pedaços, a superfície é novamente aquecida com queimadores a gás: desta forma, são seladas as microfissuras, que ainda se formam mesmo apesar do resfriamento gradual devido à diferença de tensões no interior do vidro durante o endurecimento. Como resultado, o vidro fica especialmente transparente.

Produção de vidro float

A antiga tecnologia usada nas fábricas soviéticas envolvia puxar verticalmente uma fita de vidro enquanto resfriava intensamente a massa que saía do forno. O vidro produzido desta forma apresenta distorção óptica significativamente maior.

Bem, parece que resolvemos quase tudo. Na foto resta apenas mais uma parte incompreensível do forno: o regenerador. A coisa é maravilhosa e engenhosa em sua simplicidade. Pela sua invenção em 1856, o mais jovem dos irmãos Siemens, Friedrich, recebeu a nobreza inglesa. O objetivo é economizar combustível para o forno de fusão de vidro, aquecendo o ar fornecido ao forno para combustão. E a economia de combustível pode chegar a 40%!

Princípio de funcionamento do regenerador

O regenerador consiste em dois eixos idênticos preenchidos com conjuntos cerâmicos resistentes ao calor, formando muitos pequenos canais para o ar dentro dos eixos. O ar entra pelo primeiro poço, entra na fornalha pela janela, mistura-se com o combustível (gás) e queima. Os produtos quentes da combustão passam por outra janela para o segundo poço e, antes de saírem, aquecem os referidos conjuntos cerâmicos. Então, assim que estiverem suficientemente quentes, após cerca de vinte minutos, um fluxo de ar é liberado através do segundo eixo, aquece nele antes de entrar no forno, e os gases de exaustão começam a aquecer os conjuntos no primeiro eixo. Então o ciclo se repete.

Fora do escopo desta história estão vários revestimentos cerâmicos resistentes ao calor dentro do forno (o metal não é adequado para esta temperatura). Tudo com eles também é bastante interessante: os processos físicos e químicos que ocorrem durante a fusão do vidro levam a formações surpreendentes: as estalactites começam a crescer dentro do forno!

O vidro é o objeto mais antigo encontrado pelo homem e ainda hoje é usado. Encontrado porque uma pessoa não inventou sozinha e fez pela primeira vez. Muito provavelmente, o primeiro vidro apareceu há muitos milhares de anos a partir da lava vulcânica. Hoje em dia esta substância é comumente chamada de obsidiana. Como o vidro é feito? Voltemos aos tempos em que ele ainda não existia. Aos poucos, as pessoas foram se conscientizando da natureza ao redor e perceberam que quando o refrigerante natural era misturado à areia e depois aquecido, aparecia uma substância transparente. Foi assim que tomaram conhecimento deste novo tipo de material. Este processo foi descrito por Plínio, o antigo enciclopedista grego. Foi a partir desse momento que começou a história do uso do vidro, que se tornou a vida de hoje absolutamente insubstituível. Afinal, agora é usado em todos os lugares.

Porém, existe outra teoria sobre como o vidro é feito, ou mais precisamente, como era feito antes. Alguns cientistas decidiram que o material vítreo foi descoberto como subproduto da fundição ou torrefação do cobre. Na vida humana, este produto desempenhou um papel verdadeiramente notável. É difícil superestimar sua importância. A produção de chapas de vidro é comparável a descobertas como a fabricação do fogo e a invenção da roda. Durante a época do Antigo Egito, era costume fazer todos os tipos de joias com ele. Mais tarde, aprenderam a fazer recipientes para líquidos com ele. A partir do século XIII houve um aumento acentuado na quantidade de vidro produzido. Veneza tornou-se o centro de sua produção. Os artesãos conheceram a tecnologia de criação do vidro oriental e começaram a desenvolvê-lo e aprimorá-lo. A transparência do vidro tornou-se possível graças à adição de diversas impurezas. Os artesãos começaram a fazer vários pratos com ele, muito finos e elegantes. Naquela época, os produtos de vidro serviam mais como itens de luxo e decoração.

Se a questão de como o vidro é feito ainda lhe interessa, então você pode falar sobre como ele encontrou cada vez mais novas áreas de aplicação. Sua tecnologia de produção melhorou. Foi inventado um espelho, isso foi feito aplicando amálgama em um dos lados. O vidro também começou a ser utilizado na construção. Geralmente era utilizado na construção de palácios e templos. E depois que os artesãos aprenderam a fazer colorido, começaram a decorar janelas com ele, fazendo lindos vitrais. E agora o vidro é amplamente utilizado para fusão. E com o tempo, o vidro começou a ser usado na ciência. Graças à descoberta de sua capacidade de concentrar e espalhar luz, várias lentes foram criadas, telescópios e microscópios foram feitos. Essas descobertas foram um passo gigante no desenvolvimento Ciências Naturais- medicina, biologia, astronomia, física e outros. Nenhum direção científica Sem vidro nenhuma atividade é possível.

Como o vidro é feito? Como antes, feito de areia. Em sua essência, a areia contém quartzo, aqui apresentado na forma de cristais. Quando aquecido, derrete. Se esfriar rapidamente, os minerais não terão tempo de cristalizar, tornando-se transparentes. Para dar qualquer cor ao produto, são adicionados óxidos. metais diferentes. Para dar a máxima transparência ao vidro, a areia é limpa de forma que contenha quase apenas quartzo.

Sobre este momento Existem diversas formas de se obter um produto com diferentes propriedades: reforçado, endurecido, espelhado, blindado. A base ainda é areia simples, que é processada. É importante dizer que ainda existe areia suficiente no planeta, por isso o vidro não sairá tão cedo de nosso uso.

Usando objetos de vidro todos os dias, quase ninguém pensa na origem desse material. Como às vezes são feitos itens de interior incrivelmente bonitos? Como o vidro é feito? Por que a luz solar penetra livremente através de uma janela em uma sala? Como certos tipos de vidro evitam quebrar mesmo quando atingidos com força?

Tecnologia de produção

O principal material para fazer vidro é a areia de quartzo. Sim, aquele que está repleto de praias de areia e onde no verão você pode andar descalço com alegria.

A produção de vidro começa com a quantidade precisa de minúsculo quartzo medido em uma balança eletrônica sendo aquecida a uma temperatura superior a 1.500 graus C. Os grãos de areia derretem, formando uma massa homogênea. O carbonato de sódio e o calcário são adicionados a eles em pequenas quantidades. Para qual propósito?

O carbonato de sódio atua como catalisador nesse processo e faz com que a areia derreta a uma temperatura mais baixa, aproximadamente 850 graus C. Isso reduz os custos de energia para produção. Mas o refrigerante não é usado sem calcário. Este fato é explicado de forma simples: a areia derretida e o carbonato de sódio, quando solidificados, formam uma substância que se dissolve facilmente na água (não melhor material para a produção de utensílios domésticos). Óxidos de magnésio e alumínio e ácido bórico também são adicionados aqui. Bem como uma série de substâncias que evitam a formação de bolhas de ar na massa.

Depois que todos os componentes são levados a uma determinada temperatura, ocorre um resfriamento acentuado - isso impedirá que os grãos de areia retornem à sua forma original.

arco-íris de vidro

O quartzo triturado (areia) em sua forma natural contém uma pequena mistura de ferro, que futuramente confere aos produtos acabados uma tonalidade verde clara. Para tornar o material transparente, é adicionado selênio. Essa substância emite tons avermelhados, mas quando misturada ao ferro, a superfície do vidro fica incolor. Do que é feito o vidro? vários tons, e às vezes nem monocromático, brilhando com todas as cores do arco-íris?

Para dar cor ao material, óxidos metálicos são adicionados à mistura aquecida. Cobalto vai dar rico tintas azuis. O produto brilhará com tons roxos se for adicionado manganês durante o processo de fabricação, e o verde virá de uma mistura de cromo e ferro. Para ensolarado cor amarela o óxido de cromo é adequado para verde esmeralda - óxidos de cromo e cobre. Quais componentes são adicionados depende da finalidade da fábrica de vidro.

O segredo da força

O próximo processo após a coloração é a cristalização da mistura. Também é chamado de processo de homogeneização. Como resultado, todas as bolhas de ar, estrias e outras inconsistências que possam afetar ainda mais a qualidade dos produtos são removidas.

Após a homogeneização, o futuro vidro é entregue a um tanque com estanho fundido a uma temperatura de cerca de 1000 graus C. Como o estanho tem maior densidade, a massa de vidro líquido fica em sua superfície. Onde fica perfeitamente liso, esfria um pouco, adquirindo dureza. Na próxima etapa, a massa, resfriada no tanque a 600 graus C, é transferida para uma esteira de rolos. Aqui, com base nas regras de como o vidro é feito com alto nível qualidade, permanece até que a temperatura caia para 250 graus C. A duração do processo é explicada pela necessidade de resfriamento gradual e uniforme para evitar trincas prematuras.

Produção única sem desperdício

No final da esteira é instalado um dispositivo que controla a qualidade do material acabado e, caso haja a menor falha, o vidro é enviado para refusão com uma nova mistura preparada. Depois de passar pelo controle de qualidade, as folhas acabadas são cortadas no formato desejado e enviadas para o depósito ou para processamento posterior. Tudo depende da finalidade do produto.

Os restos após o corte são recolocados na mistura para refusão. Todo o material rejeitado é enviado para lá. Com base na forma como o vidro é feito, podemos afirmar com segurança que esta produção é isenta de resíduos.

Tipos

Devido à sua natureza química e propriedades físicas o vidro é dividido de acordo com vários critérios:

• por finalidade (necessidades domésticas, uso industrial, construção);
• por tipo de processamento (tecnologias químicas, mecânicas e especiais);
• pela textura da superfície (fosco, brilhante, revestido com diversos metais, com ou sem revestimento de filme).

Não há uma divisão clara em categorias. A classificação é baseada na tecnologia utilizada e na forma como o vidro é feito. O resultado final pode ser uma superfície multicamadas com bordas usinadas ou um produto com alto nível de transmissão de luz, corte a frio. É importante notar que um parâmetro de qualidade separado é o nível de transmissão de luz. Não existe vidro com nível de 100%; para necessidades domésticas é de 82%. Em produtos de alta tecnologia: microscópios, telescópios, lentes diversas e instrumentos de precisão - esse número está acima de 90%.

O vidro é o artefato mais antigo encontrado e utilizado pelo homem. Foi encontrado porque não foi o homem quem inventou e fez o primeiro vidro. Muito provavelmente, o primeiro emergiu da lava vulcânica há muitos milhões de anos. Esta substância agora é chamada de obsidiana.

As pessoas, aos poucos aprendendo sobre a natureza, perceberam que se você misturar refrigerante natural com areia e aquecê-lo, aparece uma substância transparente. Foi assim que aprenderam do que é feito o vidro. Pelo menos foi assim que o antigo enciclopedista grego Plínio descreveu esse processo. E começou a história do uso desse produto, que se tornou absolutamente indispensável na vida da humanidade hoje.

Mas há outra teoria que explica do que é feito o vidro. Alguns cientistas acreditam que o material vítreo apareceu como subproduto da queima de cerâmica ou da fundição de cobre.

Este maravilhoso produto desempenhou um papel de destaque na vida da humanidade. É impossível superestimar sua importância. A produção de vidro pode ser comparada a descobertas humanas como a invenção da roda e a produção do fogo. Também em antigo Egito Várias decorações foram feitas com essa substância, pratos foram envidraçados com ela e depois aprenderam a fazer recipientes para armazenar vários líquidos.

Desde o século 13, a produção de vidro aumentou dramaticamente. Veneza tornou-se o centro de sua produção. Os artesãos desta cidade conseguiram aprender os segredos da produção do vidro oriental e desenvolveram e aprimoraram a tecnologia para sua criação. Os fabricantes de vidro conseguiram obter a transparência do vidro adicionando-lhe várias impurezas; aprenderam a fazer com ele uma variedade de pratos, extraordinariamente elegantes e finos. Custou muito dinheiro. Em geral, os produtos feitos a partir dele eram mais utilizados como decoração e artigos de luxo, obras de arte. Por estas obras, os mestres vidreiros de Veneza pagaram com a sua liberdade presos, aprenderam a fazer tais produtos que a fama do vidro de Murano se espalhou pelo mundo;

Com o passar do tempo, as pessoas encontraram outros usos para este produto. A tecnologia de fabricação de vidro melhorou. Ao cobrir uma das faces do produto com uma camada reflexiva, um amálgama, surgiu um espelho. O vidro começou a ser utilizado na construção, principalmente na criação de templos e palácios. Tendo aprendido a fazer vidros coloridos, os artesãos começaram a fazer vitrais e janelas de notável beleza. Com o tempo, o vidro começou a ser utilizado na ciência. As pessoas aprenderam que ela pode espalhar e concentrar a luz - inventaram lentes de aumento, fizeram um microscópio e um telescópio. Essas invenções deram um passo gigantesco no desenvolvimento das ciências naturais - biologia, astronomia, física, medicina. Sem este produto é absolutamente impossível atividade científica praticamente nenhuma direção científica.

Do que é feito o vidro? Como antigamente, é feito de areia. O fato é que a areia consiste em grande parte no dióxido de silício existente nela nos cristais de quartzo. Aquece e derrete. Se esfriar rapidamente, os minerais não têm tempo de formar cristais, o que os torna transparentes. Se o produto precisar ser colorido, vários óxidos metálicos são adicionados a ele. De que é feito o vidro para torná-lo o mais transparente possível? Para isso, a areia é limpa de forma que seja quase composta apenas de quartzo.

Hoje existem diversos métodos de processamento, a partir dos quais se obtém um produto com diversas propriedades, desde reforçado e endurecido até blindado e espelhado. Do que é feito o vidro hoje? A base permaneceu a mesma - areia simples. E o que é encorajador é que existe uma grande quantidade de vidro no planeta Terra, e não corremos o risco de esse recurso natural desaparecer com o tempo.