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Cada um de nós já encontrou o vidro mais de uma vez. Qualquer aluno sabe o que é esse material frágil e transparente. Nós a vemos todos os dias em espelhos, janelas, louças e móveis, mas será que a conhecemos bem? 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 nesta questão. Qual é o significado da palavra "vidro" de acordo com uma das fontes mais populares? O dicionário de Ozhegov caracteriza esta substância como material sólido, obtido a partir de areia de quartzo misturada com óxidos de certos metais. Até a definição dá uma ideia do modo de produção este material. Mas chegaremos a este tópico mais adiante.

Certamente todos estão acostumados com o fato de que o vidro é um material transparente. Mas preste atenção - 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 insignificantemente.

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. Mas ainda assim, o principal componente é precisamente a areia pura do rio. Sua quantidade é de aproximadamente 75% de toda a mistura. O refrigerante permite reduzir a areia em 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 outras cores.
• O chumbo dá ao vidro um brilho extra e um toque característico. O material é mais frio ao toque. Vidro com uma mistura de chumbo é chamado de cristal.
• O óxido de ácido bórico também confere ao material brilho e transparência adicionais, enquanto reduz o coeficiente de expansão térmica dos produtos.

História da produção de vidro

Mesmo 6000 anos atrás, as pessoas foram capazes de criar este material bonito e frágil. Obviamente, sua aparência era um pouco diferente do vidro moderno, pois no antigo Egito e na Mesopotâmia não havia equipamentos para limpeza de areia de alta qualidade e outras ferramentas. No entanto, a produção de vidro começou lá. Devido à resistência ao impacto meio Ambiente esse material deu aos historiadores uma ideia da cultura e das capacidades técnicas dos povos mais antigos.

Na Rússia, a primeira fábrica de vidro surgiu em 1636. Localizava-se perto de Moscou. Havia pratos e grande desenvolvimento este ramo da indústria recebeu sob Pedro I.

Não foi até 1859 que a invenção da bomba de alta pressão tornou possível criar vidro sem a participação de sopradores de vidro. Isso simplificou muito a produção. No início do século XIX, foi descoberto propriedade interessante material - se o produto acabado for aquecido a uma certa temperatura, as propriedades mecânicas do vidro aumentarão em 400%.

Produção moderna

As tecnologias avançaram muito, o que tornou possível criar qualquer material em grandes quantidades e com o mínimo de esforço humano. Atualmente, existem muitas fábricas onde o vidro é criado usando uma tecnologia padrão e bem estabelecida. o que material moderno, obtido a partir de areia de quartzito fundido, aprendemos nos familiarizando com a tecnologia. Vamos pegar a chapa de metal como exemplo.

Produção de vidro por etapas:

1. Todos os ingredientes necessários são carregados no forno e aquecidos até que uma massa líquida homogênea seja formada.
2. Em um homogeneizador especial, esta liga é misturada até um estado homogêneo.
3. A massa resultante é despejada em um recipiente plano, no fundo do qual está o estanho derretido. Lá, o vidro é distribuído, formando uma fina camada uniforme.
4. O material resfriado e endurecido é enviado para o transportador. Lá, são realizados o controle e o corte da espessura do vidro. O material que não passa no teste, assim como as peças defeituosas, são encaminhados para refusão.
5. É realizada a última verificação de qualidade, após a qual o vidro é entregue no armazém de produto acabado.

Tipos de vidro

Atualmente, este material é um dos mais comuns. Não surpreendentemente, existem diferentes tipos de vidro, diferindo tanto na aparência quanto nas propriedades físicas. Aqui estão alguns deles:

1. Copo de cristal. É um material que contém chumbo. Falamos sobre isso acima.
2. Contém a areia mais pura, devido à qual é altamente durável. Capaz de suportar flutuações de temperatura, é usado para criar instrumentos ópticos, vidraria de laboratório e janelas.
3. Vidro de espuma. Leve material de construção, que pode ser usado tanto para decoração quanto para assentamento de paredes e pisos. Contém um grande número de vazios, devido aos quais possui altas propriedades de isolamento térmico e acústico.
4. Lã de vidro. Material volumétrico arejado, constituído por fios finos e muito fortes. É resistente ao fogo, por isso é usado não apenas na construção, mas também na alfaiataria de bombeiros e soldadores.

Aplicação de vidro

Dependendo das propriedades e aparência quase qualquer aplicação pode ser encontrada para este material. O principal consumidor de vidro produzido em nosso tempo é a indústria da construção. Utiliza mais da metade do material produzido. Sua finalidade pode ser muito diversa - revestimento de paredes, vidros de janelas, construção de paredes de tijolos ocos, isolamento térmico, etc. A área de construção também pode ser atribuída a O que é uma janela gótica, todos sabem com certeza. Normalmente, é feito de um grande númeroóculos coloridos. Hoje em dia, os vitrais não perderam a sua relevância e são utilizados tanto na construção como na produção de mobiliário.

Em segundo lugar em popularidade estão os vasos de vidro para diversos fins. Um pouco menos de talheres é produzido. Ressalta-se que o vidro é um material indispensável na indústria química, pois é resistente à maioria dos reagentes.

Propriedades físicas

Como qualquer outro material, o vidro possui várias qualidades que você precisa conhecer antes de usá-lo em uma área específica.

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

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

• A velocidade de movimento da trinca é de 4828 km/h.
• O tempo de decaimento deste material é de aproximadamente um milhão de anos.
• O vidro pode ser refundido repetidamente sem praticamente nenhuma perda de qualidade. A este respeito, ele quase não tem análogos.
• Sendo um material amorfo, o vidro fundido não solidifica quando resfriado rapidamente. Isso requer condições especiais.

O vidro não é em vão 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 sustentada pela resistência, durabilidade e relativa facilidade de fabrico do vidro, devido ao facto de os componentes para a sua criação estarem presentes na Terra em grandes quantidades.

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

A matéria-prima para a fabricação 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 vários aditivos, principalmente calcário (aquele que é a pedra de concha, das fachadas dos edifícios), feldspato, dolomita, soda e corantes (óxidos metálicos)

Calcário

Feldspato

Dolomite

Esses aditivos em vidro podem ser de até 20-30%. Em geral, quanto mais aditivos, menor a viscosidade do fundido (a grosso modo, é "fluido") e menor o ponto de fusão, ou seja, é mais fácil processar, por exemplo, soprar garrafas, etc. já é possível a 800 ° C. Mas pode ser diferente: se, por exemplo, for adicionado óxido de boro à mistura, sairá vidro borossilicato, resistente ao calor e resistente a temperaturas extremas - para o deleite das donas de casa. O vidro feito de óxido de silício puro será refratário; para explodir algo, será necessário aquecê-lo até 1600 ° C.

Em geral, separamos as matérias-primas. Tudo o que é necessário é cuidadosamente limpo, moído (isso geralmente é feito por fábricas de concentração / instalações de produção especiais), misturado e despejado em um forno de vidro através de uma janela especial. Dentro da fornalha em uma enorme piscina, um fogo quase infernal toma conta e transforma areia em líquido em poucas horas.

Chama dentro do forno.

A propósito, aquecer tal forno à temperatura necessária é um processo difícil, longo e, o mais importante, caro (quanto combustível é necessário para aquecer um tolo tão grande por 2-9 mil toneladas de vidro!), portanto , tendo acendido uma vez, eles tentam não mais extingui-lo: o processo de fusão do vidro por 10 a 15 anos de 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, se mistura, saem bolhas de ar. O que já derreteu bem é coletado no fundo da poça (a densidade do fundido é maior) e, de acordo com a lei dos vasos comunicantes, flui sob a parede passando pela poça para outra parte dela, longe da chama e a mistura que ainda não foi derretida.

Aqui a temperatura é um pouco mais baixa, e o vidro líquido daqui entra no próximo banho de trabalho fora do forno, e de lá vai para o processamento. Para obter, por exemplo, chapas de vidro para janelas e espelhos, ele é moldado e laminado quase como metal.

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

Como eu disse, esse processo é contínuo, e a saída após o resfriamento é uma fita de vidro sem fim. Mas antes de ser cortada em pedaços, a superfície é aquecida novamente com queimadores a gás: desta forma, as microfissuras são seladas, que ainda se formam apesar do resfriamento gradual devido à diferença de tensões dentro do vidro durante o endurecimento. Como resultado, o vidro fica especialmente transparente.

Produção de vidro float

A tecnologia antiga, utilizada nas fábricas soviéticas, previa o desenho vertical de uma fita de vidro com resfriamento intensivo da massa proveniente do forno. O vidro produzido desta forma é caracterizado por distorções ópticas significativamente maiores.

Bem, parece que quase tudo está resolvido. Na foto, restava apenas mais uma parte incompreensível do forno: o regenerador. A engenhoca é maravilhosa e engenhosa em sua simplicidade. Por sua invenção em 1856, o mais jovem dos irmãos Siemens, Friedrich, recebeu a nobreza inglesa. E o objetivo é economizar combustível para o forno de fusão de vidro aquecendo o ar fornecido ao forno de combustão. E você pode economizar até 40% em combustível!

O princípio de funcionamento do regenerador

O regenerador consiste em dois eixos idênticos preenchidos com conjuntos cerâmicos resistentes ao calor, que formam muitos pequenos canais de ar dentro dos eixos. O ar entra pelo primeiro poço, entra no forno 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 sair, os conjuntos cerâmicos mencionados são aquecidos. Então, tão logo estejam suficientemente aquecidos, após cerca de vinte minutos, o fluxo de ar passa pelo segundo poço, é aquecido nele antes de entrar no forno, e os gases de exaustão começam a aquecer os conjuntos no primeiro poço. Então o ciclo se repete.

Fora dessa história, havia vários revestimentos cerâmicos resistentes ao calor dentro do forno (o metal não é adequado para essa temperatura). Com eles, tudo também é bastante divertido: 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 que foi encontrado pelo homem e ainda é usado hoje. Encontrado porque uma pessoa não o inventou e o fez pela primeira vez. Muito provavelmente, o primeiro vidro apareceu muitos milhares de anos atrás da lava vulcânica. Agora, esta substância é comumente chamada de obsidiana. Como é feito o vidro? Vamos voltar aos dias em que não existia. Aos poucos, as pessoas foram conhecendo a natureza ao redor e notaram que quando o refrigerante natural é misturado com areia e depois aquecido, aparece uma substância transparente. Foi assim que eles tomaram conhecimento desse novo tipo de material. Este processo foi descrito por Plínio, o antigo enciclopedista grego. Foi a partir desse momento que a história do uso do vidro, que se tornou em nosso vida de hoje completamente indispensável. Afinal, agora é usado em todos os lugares.

No entanto, existe outra teoria sobre como o vidro é feito, mais precisamente, como era produzido antes. Alguns cientistas decidiram que o material vítreo foi identificado como um subproduto da fundição ou queima de 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 produção de fogo e a invenção da roda. Nos dias do Egito Antigo, era costume fazer todos os tipos de joias a partir dele. Mais tarde, aprenderam a produzir recipientes para líquidos a partir dele. A partir do século XIII houve um aumento dramático na quantidade de vidro produzido. Veneza tornou-se o centro de sua produção. Os artesãos tomaram conhecimento da tecnologia de criação do vidro oriental, após o que começaram a desenvolvê-lo e aperfeiçoá-lo. A transparência do vidro foi possibilitada pela adição de várias impurezas a ele. Os mestres começaram a fazer vários pratos, que eram 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 é interessante para você, então você pode falar sobre como ele encontrou cada vez mais novas áreas de aplicação. A tecnologia de sua produção foi aprimorada. Um espelho foi inventado, isso foi feito aplicando um amálgama em um lado. O vidro também foi usado na construção. Geralmente era usado na construção de palácios e templos. E depois que os artesãos aprenderam a fazê-lo colorido, começaram a decorar janelas com ele, fazendo lindos vitrais. E agora o vidro é amplamente utilizado para fusão. E na ciência, com o tempo, eles começaram a usar o vidro. Graças à descoberta de sua capacidade de concentrar e dispersar a luz, uma variedade de lentes foi criada, telescópios e microscópios foram feitos. Essas descobertas foram um passo gigantesco no desenvolvimento Ciências Naturais- medicina, biologia, astronomia, física e outros. Nenhum direção científica sem óculos, nenhuma atividade é possível.

Como é feito o vidro? Como uma vez antes, da areia. Em seu núcleo, a areia contém cristais de quartzo apresentados aqui. Quando aquecido, derrete. Se você resfriá-lo rapidamente, os minerais não terão tempo de cristalizar, tornando-se transparentes. Para dar ao produto qualquer cor, óxidos são adicionados a ele. metais diferentes. Para dar ao vidro a máxima transparência, a areia é limpa para que contenha quase um quartzo.

No este momento Existem muitas maneiras de obter um produto com propriedades diferentes: reforçado, endurecido, espelhado, blindado. Mesmo agora, a areia simples, que está sendo processada, serve de base. É importante dizer que ainda há areia suficiente no planeta, então o vidro não sairá tão cedo da nossa vida cotidiana.

Todos os dias, usando objetos de vidro, quase ninguém pensa no que esse material é obtido. Como às vezes são feitos os itens de interior incrivelmente bonitos? Como é feito o vidro? Por que a luz do sol entra livremente na sala pela janela? Como certos tipos de vidro não quebram mesmo quando atingidos com força?

Tecnologia de produção

O principal material para a fabricação de vidro é a areia de quartzo. Sim, aquela que está repleta de praias de areia e na qual você pode andar descalço com prazer no verão.

A produção do vidro começa com o fato de que a quantidade do menor quartzo medida com precisão em balanças eletrônicas é aquecida a uma temperatura superior a 1500 graus C. Os grãos de areia derretem, formando uma massa homogênea. Soda carbonato de sódio e calcário são adicionados a eles em pequenas quantidades. Para qual propósito?

O carbonato de sódio atua como uma espécie de catalisador nesse processo e faz com que a areia derreta a uma temperatura mais baixa, cerca de 850 graus C. Isso reduz os custos energéticos de produção. Mas 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 facilmente solúvel em água (não melhor material para a produção de utensílios domésticos). Óxido de magnésio, óxido de alumínio e ácido bórico também são adicionados aqui. Assim como uma série de substâncias que impedem a formação de bolhas de ar na massa.

Depois que todos os componentes são levados a uma certa temperatura, segue-se 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 confere aos produtos acabados uma tonalidade verde clara no futuro. 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 mesmo monofônico, brilhando com todas as cores do arco-íris?

Para dar cor ao material, óxidos metálicos são adicionados à mistura aquecida. O cobalto dará saturado tinta azul. O produto brilhará com tons roxos se o manganês for adicionado durante o processo de fabricação, e o verde será obtido a partir de uma mistura de cromo e ferro. Para energia solar cor amarelaóxido 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. É também chamado de processo de homogeneização. Como resultado, todas as bolhas de ar, listras e outras inconsistências que podem 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 uma densidade mais alta, a massa líquida do vidro fica em sua superfície. Onde fica perfeitamente liso, esfria um pouco, adquirindo dureza. Na próxima etapa, a massa, que foi resfriada no tanque a 600 graus C, é transferida para um transportador de rolos. Aqui, com base nas regras de como o vidro é feito com alto nível qualidade, é até que a temperatura caia para 250 graus C. A duração do processo é explicada pela necessidade de resfriamento gradual uniforme, a fim de evitar trincas prematuras.

Produção única sem desperdício

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

Os resíduos após o corte são novamente colocados na mistura para refusão. Todo o material rejeitado também é lançado lá. Com base em como o vidro é feito, é seguro dizer que essa produção é livre de resíduos.

Tipos

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

• por finalidade (necessidades domésticas, uso industrial, construção);
• por tipo de processamento (químico, mecânico e tecnologias especiais);
• de acordo com a textura da superfície (fosco, brilhante, revestido com vários metais, com e sem revestimento de filme).

Não há uma divisão clara em categorias. Ao classificar, eles procedem da tecnologia e de como o vidro é feito. O resultado final pode ser uma superfície multicamada com bordas usinadas ou um produto com alto nível de transmissão de luz, corte a frio. Deve-se notar que um parâmetro de qualidade separado é o nível de transmissão de luz. Não existe vidro com nível de 100%, para uso doméstico é de 82%. Em produtos de alta tecnologia: microscópios, telescópios, várias lentes e instrumentos de precisão - esse número é superior a 90%.

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

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

Mas há outra teoria que explica do que o vidro é feito. Alguns cientistas acreditam que o material vítreo apareceu como um subproduto durante a queima de produtos de argila ou a 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 uma variedade de decorações foi feita com essa substância, pratos foram vitrificados com ela, então eles 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 mestres desta cidade aprenderam os segredos da produção do vidro oriental e desenvolveram e aprimoraram a tecnologia de sua criação. Os fabricantes de vidro foram capazes de obter a transparência do vidro adicionando várias impurezas a ele, aprenderam a fazer vários pratos com ele, extraordinariamente elegantes e finos. Ela custou muito dinheiro. Em geral, os produtos dela eram usados ​​mais como decoração e itens de luxo, obras de arte. Por essas obras, os mestres vidreiros de Veneza pagaram com sua liberdade, prisioneiros que 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 do vidro melhorou. Cobrindo um lado do produto com uma camada refletiva, um amálgama, eles criaram um espelho. O vidro começou a ser usado na construção, principalmente na criação de templos e palácios. Tendo aprendido a fazer vitrais coloridos, os artesãos começaram a fazer vitrais e janelas de notável beleza. Com o tempo, o vidro começou a ser usado na ciência. As pessoas aprenderam que ele pode dispersar e concentrar a luz - eles inventaram lupas, fazendo um microscópio e um telescópio. Essas invenções deram um passo gigantesco no desenvolvimento das ciências naturais - biologia, astronomia, física, medicina. Absolutamente impossível sem este produto. atividade científica praticamente sem direção científica.

Do que é feito o vidro? Como nos velhos tempos, é feito de areia. O fato é que a areia consiste em grande parte de dióxido de silício que existe nela em cristais de quartzo. Ele aquece e derrete. Se for resfriado rapidamente, os minerais não terão tempo de formar cristais, o que os tornará transparentes. Se você deseja que o produto seja colorido, vários óxidos metálicos são adicionados a ele. Do que é feito o vidro para ser o mais transparente possível? Para fazer isso, limpe a areia para que ela consista em quase um quartzo.

Hoje existem muitas formas de processamento, após o qual um produto com uma variedade de propriedades é obtido de reforçado e endurecido a blindado e espelhado. Do que é feito o vidro hoje? A base permaneceu a mesma - areia simples. E o que é encorajador é que há uma enorme quantidade do que é feito de vidro no planeta Terra, e não estamos ameaçados com o desaparecimento desse recurso natural ao longo do tempo.