עמוד הבית > מדעים > פיסיקה ומבנה החומר [כימיה] > חומרים: תכונות ותהליכיםעמוד הבית > טכנולוגיה ומוצרים > תעשייה
ראש גדול



תקציר
המצרים הקדמונים כבר גילו, לפני כ- 5,500 שנה, כי תערובת של חול צורני ואפר המכיל נתר מייצרת, בטמפרטורה גבוהה, חומר חדש – זכוכית. בעבר הרחוק הגיעה הזכוכית רק לבתי האצולה. כיום, היא זמינה לשימוש ביתי ותעשייתי מגוון.



הזכוכית : שקופה, צבעונית ומתנפחת
מחברים: אורלי פיישטר; בועז גטניו


מהחומרים הראשונים שנוצרו בידי האדם.

המצרים הקדמונים כבר גילו, לפני כ- 5,500 שנה, כי תערובת של חול צורני ואפר המכיל נתר מייצרת, בטמפרטורה גבוהה, חומר חדש – זכוכית. בעבר הרחוק הגיעה הזכוכית רק לבתי האצולה. כיום, היא זמינה לשימוש ביתי ותעשייתי מגוון.


 

עיסת זכוכית וניפוח


הזכוכית מיוצרת על ידי עירוב ומיזוג חומרים שונים. פעם, נעשה הדבר בסיר חרס שחומם מעל מדורת עצים. עתה, משתמשים בכבשני ומכלי ענק, בהם מעורבבים חומרי הגלם, עד לטמפרטורה ההופכת את התערובת לעיסה אחידה.
הפיניקים, מתושבי האזור הקדומים, התקדמו והמציאו שיטה לניפוח הזכוכית החמה. תגלית זו פרצה את הדרך לעיצוב אומנותי של חפצי נוי.
לזכוכית אין נקודות רתיחה וקיפאון קבועות וניתן להתיכה ולעצבה מחדש מבלי לפגוע באיכותה. ככל שעולה הטמפרטורה, הופכת הזכוכית ממוצק נוקשה למסה נוזלית והצמיגות המשתנה מנוצלת לעיצובים שונים.



 

ריאות חזקות – עבודה קשה


לצורך הניפוח השתמשו האומנים בצינור ברזל שהוטבל בעיסת הזכוכית החמה. בקצה הצינור נתפסה כמות חומר שהועברה לשולחן ברזל. המנפח מקרר את העיסה לטמפרטורה של כ- 1000oC ומתחיל לעבדה, לרקעה ולנפחה. הביצוע נראה כמעט כמופע להטוטים מסובך, עת ניפח האומן את הכלי, טלטלו והניפו באוויר. אם לא הצליח, התחיל התהליך מחדש… לאחר הניפוח עוצב הכלי סופית בעזרת גלגל חיכוך מצופה חול, הטבלה בחומצה או בשיטות אחרות.



 

הרומאים באים


הרומאים שכללו את שיטת הניפוח וקידמוה מבחינה טכנולוגית. הם ניפחו בועת זכוכית קטנה לתוך תבנית וכשזו התקררה, שברו את התבנית וחילצו את היצירה. בהמשך פיתחו תבניות לשימוש חוזר בעלות שני חלקים נפתחים.
כיום, מיוצרים הכלים ברוב השלבים בצורה מכנית. צינורות ברזל שואבים את העיסה לתבניות, בעוד הקצוות מחוברים לברזים המווסתים את כמות האוויר המוזרם לשם הניפוח. גם הצינון נעשה באופן אוטומטי והמוצרים עוברים בשיטת הסרט הנע.



 

אומני הזכוכית


סוד ייצור הזכוכית השקופה אבד עם שקיעת האימפריה הרומית ונתגלה מחדש במאה ה- 15 על ידי אומני הזכוכית של ונציה. הזכוכית שיצרו כונתה בדולח (קריסטל), הידוע בשקיפות ובעדינות. עיצובו של הבדולח הפך למלאכת אומנות. במזרח הרחוק גילו, כי תוספת תחמוצת מתכות לעיסה מעניקה צבע לזכוכית. תוספת קובלט תעניק גוון כחול למשל, וברזל - גוון ירוק. זכוכיות אלו היו פופולריות ביותר במאות 12-16 לספירה, ושימשו לעיצוב חלונות הקתדרלות המפוארות ברחבי אירופה.



 

זכוכית שטוחה


הזכוכית השטוחה מבוקשת לחלונות, דלתות ועוד. בעבר רידדו את גוש הזכוכית באופן ידני. בהמשך פותחה שיטה לדחיסת העיסה לרווח צר בין שני גלילי ברזל המרדדים אותה ליריעה דקה.
פריצת דרך טכנולוגית נעשתה בידי האחים פילקינגטון ב– 1959 שהמציאו את שיטת הלוח הצף – שיטה, הנפוצה היום בעולם לייצור זכוכית שטוחה. בטכניקה זו, מיוצרת ומומסת הזכוכית בסביבה אטמוספרית כימית מבוקרת ומועברת לאמבט בדיל מותך. הזכוכית צפה למעלה ומקבלת צורת לוח חלק. במהלך הציפה מקורר הלוח לטמפרטורה של 600oC ואז ניתן להרימו ולהובילו לחיתוך.




 

הזכוכית - תכונות מופלאות



הרכב
הזכוכית נוצרת כשהחומרים: חול צורני- (SiO2, כ- 70%), סודה (Na2CO3, כ- 15%), סיד (CaO, כ- 10%) וחומרים נוספים (כ- 5%), מעורבבים יחד ומחוממים לטמפרטורה של כ- 1300oC. היסוד העיקרי הוא החול הצורני. הסודה מורידה את טמפרטורת ההתכה ומקלה על עיבוד הזכוכית. הסיד משמש כחומר מייצב המונע מסיסות. החומרים האחרים מוסיפים סגולות מיוחדות לזכוכית, בהתאם לצורך.

תכונות פיסיקליות
הזכוכית אדישה מבחינה כימית, הרמטית, מעבירה אור ועמידה בטמפרטורות גבוהות (כ- 1200o - 500o, תלוי בהרכב). בשל תכונות אלה היא מתאימה לשימוש מעבדתי וביתי. כלי זכוכית לא יגיב לחומרים כימיים ולא יפריע לניסוי. כך גם לא ישפיע על טעם האוכל או המשקה שבתוכו, לעומת כלי אלומיניום, למשל. הזכוכית מוליכת אור טובה ומשמשת למגוון מוצרים בתעשיית האופטיקה.

מוצק או נוזל?
המבנה הגבישי של הזכוכית מיוחד בעיקר בשל היעדרו. במידה מסוימת הזכוכית היא אמורפית, שכן לאטומים המרכיבים אותה אין סידור קבוע, אם כי יש קשרים יציבים בין המולקולות. זאת לעומת נוזלים אחרים, המתאפיינים בחוסר סדר קבוע של האטומים. כשמקררים זכוכית מותכת במהירות, אין מצב הצבירה משתנה בבת אחת, אלא בהדרגה, מנוזל צמיג המתמצק ככל שהוא מתקרר. יש המגדירים את הזכוכית לפיכך, 'נוזל מוצק' – נוזל בעל צמיגות גבוהה.




למתעניינים:
http://www.glasslinks.com/newsinfo/physics.htm

ביבליוגרפיה:
כותר: הזכוכית : שקופה, צבעונית ומתנפחת
מחברים: פיישטר, אורלי ; גטניו, בועז
תאריך: אוקטובר 2001 , גליון 18
שם כתב העת: ראש גדול
הוצאה לאור: ראש גדול : עמותה לקידום הידע והחינוך המדעי
הערות: 1. ירחון מדע לצעירים.
2. העמותה למצוינות בחינוך.
הערות לפריט זה: 1. ירחון מדע לצעירים
2. תכנית קרב למעורבות בחינוך
הספרייה הוירטואלית מטח - המרכז לטכנולוגיה חינוכית