كيف يصنع الزجاج من الرمل

كيف يصنع الزجاج من الرمل؟

يتوافر الزجاج في وقتنا الحالي بدرجة كبيرة يصعب الاستغناء عنها، إذ يُصنع منه النوافذ والشاشات والخزائن والأجهزة المُستخدمة يوميًا، ويحتاج الرمال لدرجات حرارة عالية ليتحول الرمل من الحالة الصلبة إلى السائلة، إذ تذوّب الرمال على درجة حرارة تُقارب 1700 درجة مئوية، ويتكون الرمل المُستخدم في صناعة الزجاج من حُبيبات صغيرة من بلورات الكوارتز، إضافة إلى جزيئات من ثاني أكسيد السيليكون المعروفة باسم السيليكا، فعندما تسخن هذه الجزيئات بدرجات حرارة عالية بما فيه الكفاية يذوب الرمل ويفقد هيكله البلوري، وبعد أن يبرد يكتسب بُنية وشكل جديد ومختلف، ويكون هذا الهيكل بين السائل والصلب تُعرف باسم المادة الصلبة غير المتبلورة، أي أنّها تحتوي على تركيب بلوّري لمادة صلبة مقترنة بالعشوائية الجزيئية للسائل.

تعتمد خصائص الزجاج على خليط الرمال وخصائصه، فبعض العناصر أو المواد الكيميائية الممزوجة بالرمل تُغير لون الزجاج، إضافة إلى تغير خصائص الزجاج اعتمادًا على طريقة التصنيع وعمليات التشكيل، ولتقوية الزجاج يستخدم المُصنّعون التقسية الحرارية لتسخينه وتبريده بسرعة، إضافة إلى تقوية الزجاج كيميائيًا من خلال عملية التبادل الأيوني التي تجعل سطح الزجاج أكثر صلابة، ويتكون الزجاج المألوف لدى معظم الناس من زجاج الصودا والجير، أي مزيج الصودا أو صودا الغسيل والحجر الجيري والرمل، وبالرغم من إمكانية صنع الزجاج من تسخين السيليكا ثم تبريدها سريعًا إلا أنّ تصنيع زجاج الصودا والجير أكثر تعقيدًا، فالصودا يُقلل درجة انصهار الرمل بحيث يُمكن تحويلها إلى زجاج عند درجات حرارة منخفضة لتوفير الطاقة أثناء التصنيع، إلا أنّه يُقلل متانة الزجاج الكيميائية مما يجعله عرضة للذوبان عند ملامسة السوائل، وهذا يُفسر سبب إضافة الحجر الجيري أو كربونات الكالسيوم الذي يعمل كمثبت، وبعد تذويب هذه المكونات يُشكّل المُصنّعون الزجاج للتطبيقات المختلفة^[١].

من أول من صنع الزجاج من الرمل؟

اكتُشف الزجاج لأول مرة منذ 4000 عام في بلاد ما بين النهرين، إذ رجّح المؤرخ الروماني بليني أصل صناعة الزجاج للبحارة الفينيقيون، فعندما هبطوا على شاطئ بالقرب من بطليموس ثم وضعوا قدرًا على مادة النطرون القلوية التي كانوا ينقلونها كبضائع، وأوقدوا النار لطهي الطعام، ثم اندهشوا من ذوبان رمال الشاطئ تحت النار، واندفعت مع تيار سائل تبرّد فيما بعد وتصلّب ليصبح زجاج، وقد تطورت صناعة الزجاج منذ فترة طويلة مرّت بالتجارب باستخدام مزيج من رمل السيليكا أو حصى الكوارتز المطحونة والقلويات، وقد استلهم صانعو الزجاج الأوائل من طريقة صنع السيراميك وتشكيل المعادن الأخرى التي تتطلب درجة حرارة عالية في صناعة الزجاج، كما بدأوا بتلوين سبائك الزجاج وزخرفتها والنقش عليها، إضافةً إلى محاولة تقليد الأحجار شبه الكريمة مثل اللازورد والفيروز^[٢].

خصائص الزجاج

في ما يلي أهم خصائص الزجاج^[٣]:

1. كثافة الزجاج 2500 كغ/ متر مكعب.
2. مقاومة الضغط للزجاج تساوي 800-1000 ميجا باسكال، وتحدد قوة الانضغاط بقدرة المادة على مقاومة الحمل المُطبّق عموديًا على سطحها.
3. معامل المرونة للزجاج يساوي 70000 ميجا باسكال، ويُحدد معامل المرونة من الاستطالة المرنة لقضيب زجاج رفيع، أو من ثني قضيب بشكل مستدير أو مستطيل.
4. قوة الانحناء للزجاج تساوي 45 ميجا باسكال، وهو مقياس لمقاومة المادة أثناء الانحراف، ويُحدد من خلال اختبارات الانحناء على لوح زجاجي باستخدام طريقة الحلقة المزدوجة.
5. الشفافية ومقاومته للحرارة، الضغط، الكسر، والمقاومة الكيميائية.
6. درجة حرارة التليين للزجاج 600 درجة مئوية.
7. نطاق التحول بين 520-550 درجة مئوية، ليس للزجاج نقطة انصهار محددة، فهو يتحول باستمرار من الحالة الصلبة إلى البلاستيكية اللزجة، ويُطلق على نقطة الانتقال بنطاق التحول، ثم تتطلب عملية التقسية والانحناء درجة حرارة تصل إلى 100 درجة مئوية.
8. الحرارة النوعية للزجاج تبلغ 0.8 جول/جرام/ كلفن، وتُحدد الحرارة النوعية بالجول كمية الحرارة المطلوبة لرفع درجة حرارة 1 جرام من الزجاج المصقول بمقدار 1 كلفن، تزيد الحرارة النوعية للزجاج قليلًا ثم تزداد درجة الحرارة حتى نطاق التحول.
9. الموصلية الحرارية للزجاج تبلغ 0.8 واط/ مللي كلفن، وتُحدد الموصلية بكمية الحرارة المطلوبة للتدفق عبر منطقة المقطع العرضي لعينة الزجاج المصقول في وحدة الزمن المُحددة.
10. يُمكن إنتاجه بألواح كبيرة ومتجانسة.
11. يُنتج بأسطح مستوية ومتوازية تمامًا.

أنواع الزجاج

في ما يلي أهم أنواع الزجاج^[٤]:

1. الزجاج الملدن أو المصقول، وهو المنتج الزجاجي المسطح الأساسي أو النتيجة الأولى لعملية الطفو، وهو الزجاج الشائع المائل للانقسام لشظايا كبيرة خشنة، ويُستخدم غالبًا في النوافذ ذات الزجاج المزدوج.
2. الزجاج العازل أو المزدوج الذي يُصنع بلصق لوحين زجاجيين أو أكثر بفاصل مُحيطي أو معدني أو لدن بالحرارة، إذ يُملأ الفراغ بين الألواح بالهواء أوغاز الأرجون، والفائدة الأساسية منه هي العزل والتحكم بالطاقة الشمسية.
3. الزجاج المقوّى المصنوع من زجاج صلب معالج بعملية التقسية الحرارية، إذ يُسخّن لوح الزجاج المُلدن إلى ما فوق نقطة التلدين البالغة 600 درجة مئوية، وبعد ذلك تُبرّد أسطحه بينما يبقى الجزء الداخلي أكثر سخونة، لتنتج خواصًا فيزيائية مختلفة نتيجة الضغوط المعاكسة، ممّا يزيد مقاومة الزجاج للكسر، إضافة إلى إنتاج قطع مربعة عند التكسر بدلًا من الشظايا الطويلة التي تُسبب الإصابات.
4. الزجاج المصفّح الرقائقي والذي يتألف من طبقتين أو أكثر من الزجاج مع طبقات بينية من مادة بوليمرية مرتبطة بين طبقات الزجاج.
5. الزجاج المطلي الذي يُدهن سطحه لتعديل مظهره ومنحه الخصائص والوظائف المختلفة، مثل: الانعكاس، النقل، الامتصاص، مقاومة الخدش، ومقاومة التآكل.
6. زجاج الأمان المُصمم خصيصًا لمقاومة الهجمات الجسدية والانفجارات والقنابل، وتُصنع باستخدام طبقات متعددة من الزجاج وطبقات بينية صلبة.
7. الزجاج العاكس الذي يُطلى من جانب واحد بطلاء معدني، يتألف من الفضة أو الألمنيوم أو الذهب أو الكروم.
8. الزجاج المنقوش أو المزخرف المُستخدم في الديكور الداخلي والعمارة الداخلية.

أبرز استخدامات الزجاج

في ما يلي أهم استخدامات الزجاج واسعة الانتشار في المنازل والمكاتب والسيارات وغيرها من الأماكن، نظرًا لأنه يمنح المكان جمالًا جذابًا، إضافة إلى أنّه هش ويقاوم العوامل الجوية^[٥]:

1. النوافذ والأبواب.
2. الواجهات.
3. أدوات المائدة كالأكواب والأطباق والأوعية.
4. عبوات لتخزين الطعام.
5. زجاجات المشروبات.
6. الطاقة المتجددة وتوربينات الرياح.
7. قطع الأثاث وأدوات التصميم الداخلي؛ مثل المرايا والدرابزين والطاولات.
8. أجهزة الإلكترونيات؛ مثل سطح الطهي وأبواب الفرن والتلفزيون وشاشات الكمبيوتر والهواتف الذكية.
9. السيارات والطائرات والسفن.
10. التكنولوجيا الطبية.

المراجع

1. ↑ "How Glass is Made", corning, Retrieved 6/3/2021. Edited.
2. ↑ "THE ORIGINS OF GLASSMAKING", cmog, 1/12/2011, Retrieved 6/3/2021. Edited.
3. ↑ "GLASS PROPERTIES ", saint-gobain, Retrieved 6/3/2021. Edited.
4. ↑ "Glass Types", agwa, Retrieved 6/3/2021. Edited.
5. ↑ Krunal Lad (22/6/2016), "Uses & Benefits of Glass", gharpedia, Retrieved 6/3/2021. Edited.