我们没有玻璃器皿在哪里?塔比瑟沃森通过化学的历史和当前状态的最喜欢的非晶态固体
化学有一颗玻璃心。认为化学和光滑的图像实验室满了闪闪发光的玻璃器皿涌上心头;问一个化学家他们无法生存没有什么,答案很可能是用玻璃做成的。玻璃是化学的身份和历史的一部分,那么它是如何成为这样的一个关键部分实验室吗?
最早的例子可以被认定为“科学”的炼金术士的实验室玻璃器皿来自希腊埃及。这些早期的实验珍贵的玻璃是惰性和透明,使其自然选择进行实验。约翰·格劳伯,一个杰出的炼金术士在1600年代,被认为是进行了他的许多实验炉的Rozengracht温室,和他的原材料知识及其净化通常被认为是发展的一个重要组成部分玻璃在巴洛克时期。但是玻璃化学已经走过了漫长的道路之前,炼金术士带进实验室。
如果你回到玻璃的开端,在公元前4000年左右,构图的定义,它包括一些沙子和二氧化硅,”说约翰·帕克玻璃科学和工程的名誉教授在英国谢菲尔德大学。不过,硅熔体在过高温度对于任何使用木质的炉赶到那里。“古代的玻璃制造商因此必须依靠杂质降低熔点,他们意识到,添加苏打盐等化合物,现成的由于他们的使用在染色和洗衣,起了作用。
然而,这只是故事的一部分。如果你有碳酸钠和纯硅,可以使玻璃…但它将水溶性。你需要的玻璃,提高了化学耐久性,”帕克仍在继续。碰巧当玻璃制造商收集沙子从河河口在地中海盆地他们也收集关键的第三个要素:石灰岩。
石灰石增加材料的粘度增加它的结晶度,使其变得更加耐用和耐化学磨损。碱石灰玻璃仍是最先进的了数百年。
下一步是在公元前1500年,与第一中空玻璃容器。“吹制玻璃是叙利亚人,”帕克说。事实上,阿勒颇,在其他情况下你会听说过,是一个非常著名的吹玻璃的中心。当叙利亚在公元前64年被罗马帝国吞并,这些技能将是快速共享。
玻璃吹起来
化学家所需的材料,工作技能,和现代玻璃器皿的形状开始出现。碱石灰玻璃器皿有化学的发展到18世纪晚期,化学家们越来越多地创建自己的设计。”如果你看威廉拉姆齐,甚至如果你回到贝采里乌斯在19世纪早期,他们,他们的同时代人,非凡的吹玻璃,”说安德里亚·萨拉英国伦敦大学学院教授和定期撰稿人必威体育 红利账户通过他的经典的工具列。特别是贝采里乌斯发明了和自己有大量定制的玻璃器皿,今天仍在使用的设计。
20世纪初,很多形状已建立的标准。如果你回头,说,一些形状非常古老马洛里华纳在史密森尼美国历史博物馆。”反驳已经有很长的历史,但是如果我们看一下工作约瑟夫·普里斯特利在1700年代,我不会说他除了反驳和某些钟形罩,大部分的现代设备。有些事情会非常类似于我们目前知道的东西,但他也会使用物品来自他的厨房。在他的信,他谈到使用啤酒眼镜捕捉老鼠。肯定在那个时期在1790年代,至少对祭司,一些形状很熟悉但标准并不总是存在的。”
另一个持久的问题是玻璃本身的成分仍然是由什么原料的手,离开它的许多属性的机会。举例来说,一个常见的问题与碱石灰是它无法生存热冲击或化学攻击。直到19世纪后期,钠玻璃是镇上唯一的游戏,”萨拉说。直到1870年代左右,当恩斯特卡尔阿贝意识到你需要一种优越的光学玻璃做出更好。”
阿贝来到伦敦,给了一个地狱的一个重要的演讲。他基本上请求玻璃制造商,说他们需要开发新类型的眼镜,而不是专注于生产质量更好的窗玻璃。这是由一个年轻的药剂师的奥托Schott。”
硼硅玻璃的出现是一种化学的关键里程碑式的进步
阿贝的激动人心的演讲后,Schott去系统地产生玻璃氧化物添加剂与他所能想到的。如果一个玻璃包含太多的汽水,它可以很容易地袭击并被水溶解。然而,如果有一个适量的氧化稳定,玻璃变得更耐用。”他疯狂本质上探索组合空间,“萨拉解释道。一旦他调查的每一角落和缝隙玻璃成分,他通过他的所有样品阿贝他反过来给他们的同事,卡尔蔡司,制造最好的镜头在欧洲。
在这个过程中,Schott发生在一个玻璃可以站起来更极端的化学和物理条件比任何见过:硼硅酸盐。”在我看来,硼硅酸盐的出现是一个重要的里程碑在化学的进步,因为你有玻璃器皿,可以比以前更加激烈的化学条件,更耐化学,你可以把一个本生灯下它,它不会粉碎,”萨拉说。Schott迅速意识到,硼硅是最好的实验室玻璃器皿和他杜兰名义申请了专利。
硼硅酸盐的关键的优势在于其纯度。而碱石灰是由大约69%的二氧化硅,二氧化硅硼硅酸盐是由超过80%。在每个玻璃杂质的主要类型也不同。硼硅酸盐包含一个大比例的三氧化二硼比钠钙和氧化钠更少意味着其化学结构更加紧密地联系在一起。这使得材料不太可能扩大的热量,降低热冲击的机会。
硼硅酸盐革命
硼硅玻璃还没有被虐。我们在实验室里继续使用硼硅玻璃至今,吹玻璃的东西,”萨拉说。这是更容易使用,因为你可以把温度高,热膨胀系数小得多的,所以你可以加热和冷却,它不裂缝。”
(吹玻璃)使用硼硅由于其相对纯洁,”说盖尔价格莱斯特大学、科学的品种。“这是一个很好的妥协,”她继续说。“你碱石灰很便宜,但不是很耐热冲击或化学攻击。硼硅是一种更好的更加稳定。下一个将石英玻璃或纯硅-你不能热冲击,但它也融化在如此高的温度是很困难的,因为它是如此纯很脆弱。”
用一种更健壮的玻璃,化学家可以探索新的反应和条件。硼硅酸盐也带来了重大变化的可用性科学玻璃器皿;生产很快成为工业化,今天大多数的玻璃器皿现成的可用。
大规模生产的当然是一个巨大的变化,”华纳仍在继续。“这是在19世纪末,随着标准化。左右发生了大规模生产的同时,也有一个真正增加需求科学的玻璃器皿。需求增长在化学、医学和标准化测试机构。可靠,标准化的玻璃器皿变得更容易获得,他们使更精确的分析方法,如巴布科克试验,用于确保牛奶质量。巴布科克测试真正需要标准化的容积玻璃器皿为了工作,和许多其他类似的测试。标准石油也被调查大约在同一时间,这推动了需求高质量的容积玻璃器皿。
自动化已经完全改变了玻璃器皿的生产,“同意鞍。直到大约25 - 30年前,当我还是一个学生,这是正常的一个研究生至少学习如何减少玻璃,加入玻璃碎片在一起,进行简单的维修,这样的东西。所有化学部门吹玻璃,和大量的诸如真空线是由品种的需求。但是,它是一个真正的特权部门现在有一位吹玻璃。”
二十年的吹制玻璃
盖尔价格一直在吹制玻璃自1990年代末。她被威廉·麦科马克格拉斯哥大学和培训帮助重建了吹制玻璃设施赫尔大学的2007年,一场灾难性的洪水。在2012年她加入了莱斯特大学。她已经见过不少20年的变化到目前为止她的职业生涯。
现在的玻璃更均匀:墙厚度更均匀,有较少的杂质和缺陷的玻璃要好很多。大规模工业生产更精确控制,所以给你一个更加一致的质量,”她说。“有时我得到修复,很旧的玻璃器皿和墙很薄,有条纹和气泡,所以有点疼痛。”
我认为玻璃将继续在科学发现的前沿
工业生产方法不仅改善了玻璃厚度的均匀性,然而。”之类的龙头是单独地用手和泄漏测试他们更昂贵,“价格解释道。这些东西可以在如此大规模的现在,和他们一样好——如果不是更好,因为它们很一致。
在玻璃器皿本身之外,吹玻璃和化学家合作的方式也发生了变化。现在我被要求做更多的自定义的东西。我得到很多人来自外部公司,因为吹玻璃正变得有点薄在地面上,”她说。的大学不再只是我现在工作。我不确定如果是玻璃的质量,推动这些变化,当它是罕见的品种。”
化学家们一起工作这么长时间,价格也注意到了他们的工作方式的变化。这是去更多的走向可持续性;使事情更环保,”她说。我被要求做更多的可重用的事情,和工作在橱柜里的东西被发现,他们问“你能改变这个吗?你能添加吗?”
但地平线上有什么,会使玻璃从化学家地位的最好的朋友?价格不以为然。”你可以得到金属真空线去更大的真空,但你也得记忆效应。他们不容易清洁和金属比玻璃有更多的反应,你不能做某些事情。可以说玻璃优越,可以清洗,你可以看到发生了什么,观察任何更改。我认为玻璃,并将继续是,科学发现的最前沿。
自动为人民
像她那样的价格的意见,自动化意味着工作变得更加专业。很多基本的玻璃器皿都可以模具吹和运出的一小部分成本,时间和精力要比对于我这样的人也许做一个车床,”她的评论。“你不必学习如何吹圆底烧瓶,因为你可以把一个现成的。”
对一些人来说,这样的结果似乎是一个轻微的蜕变成一个更客观的联系。在大规模生产之前,我认为你有更多的连接的设备,我认为现在人少,”萨拉说。“现在几乎是一次性的。如果你看的垃圾来自化学系,很震惊。这是一个经典的进化在科学,科学已经从一个非常性感的活动,你闻到它,你品尝它,你建立自己的装备,更自动化,几乎临床。在按钮盒和一次性玻璃器皿的时代,我不知道是否与你的情感联系设备正在改变。这不是更好,这不是恶化;这是不一样的。”
尽管化学玻璃器皿的形状不太可能改变,不能说相同的化学成分。“改善玻璃继续,这是因为人们越来越挑剔的要求,所以最终把这碎片的添加剂,或添加剂,”萨拉说。
我犹豫地说,化学耐久性的问题已经解决,”帕克仍在继续。目前的一大问题是将敏感药物放入玻璃安瓿。即使很小的pH值变化或交互可以摧毁它们的功效,虽然玻璃,在很多方面,比塑料更化学持久,化合物做浸出从一些眼镜。有很多工作目前,试图避免这种互动”。
玻璃是一个非常通用的材料,所以在所有科学,”普莱斯说。有一定化学和玻璃之间的共生关系,”她继续说。有很多事情,没有玻璃,就不可能有。当你考虑如何旧玻璃和先进的我们现在,我们仍然没有找到一个合适的代替它数千年,看起来不像短期内改变。我想,如果不是玻璃,科学就不会现在的阶段。它会在一个非常不同的方向。出于同样的原因,不了解玻璃的性质和它的化学组成和结构,玻璃不会这样出色的质量和它不会足够好、足够值得信赖。两者是密不可分的。
塔比瑟沃特森是一个基于科学作家在莱斯特,英国
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