از نظر فیزیکی ، می‌توان شیشه را مایعی صلب ، فوق‌العاده سرد و بدون نقطه ذوب مشخص تعریف کرد که گرانروی زیاد ، مانع تبلور آن می‌شود. می‌توان شیشه را از نظر شمیایی ، یکی شدن اکسیدهای غیرفرار معدنی حاصل از تجزیه و گداختگی ترکیبات قلیایی و قلیایی خاکی ، ماسه و سایر اجزای شیشه دانست که منتهی به ایجاد محصولی با ساختار کتره‌ای اتم‌ها می‌شود.

تاریخچه

مانند بسیاری از مواد دیگر ، در مورد اختراع شیشه نیز تردید بسیاری وجود دارد. یکی از قدیمی‌ترین استفاده‌های موجود در این ماده ، از "پلینی" نقل شده که در طی آن ، گفته می‌شود که بازرگانان فنیقی ، ضمن پختن غذا در ظرفی که برحسب اتفاق روی توده‌ای از لزونا در ساحل دریا قرار گرفته بود، به وجود این ماده پی بردند. یکی شدن ماسه و قلیا نظر آنان را به خود جلب کرد و سبب انجام تلاشهای بعدی در راه تقلید این عمل شد.

مصری‌ها در هزاره ششم پیش از میلاد ، جواهرات بدلی شیشه‌ای می‌ساختند. در سال 290 میلادی ، شیشه پنجره ساخته شد. در طی قرون وسطی ، ونیز به مرکز انحصاری صنعت شیشه بدل شده بود. در سال 1688 شیشه جام در فرانسه به شکل فراورده نو عرضه گردید. در سال 1608 میلادی ، در ایالات متحده ، در "جیمزتاون" در ویرجینیا ، صنعت شیشه پایه‌گذاری شد. در سال 1914، فرایند فورکالت در بلژیک برای کشش مداوم ورق شیشه بوجود آمد.

مصارف و جنبه‌های اقتصادی

مصارف و کاربردهای شیشه بسیار متعدد است. در مجموع شیشه سازی در ایالات متحده ، سالانه یک صنعت 7 میلیارد دلاری را تشکیل می‌دهد و در آن میان ، شیشه خودرو ، سالانه نیمی از مقدار تولید شیشه تخت را به خود اختصاص می‌دهد. در معماری ، گرایش بیشتری به استفاده از شیشه در ساختمانهای تجاری و بویژه مصرف شیشه‌های رنگی ، پدید آمده است.

ترکیب شیشه

شیشه ، محصولی کاملا «شیشه‌ای شده» یا دست کم فراورده‌ای است که مقدار مواد معلق غیرشیشه‌ای موجود در آن نسبتا کم است. با وجود هزاران فرمول جدید شیشه که طی 30 سال گذشته بوجود آمده، درخور توجه است که هنوز مانند 2000 سال پیش ، 90 درصد تمام شیشه‌های جهان از آهک ، سیلیس و کربنات سدیم تشکیل یافته‌اند. اما نباید چنین استنتاج کرد که در طی این مدت ، هیچ تحول مهمی در ترکیب شیشه صورت نگرفته است. بلکه در واقع تغییرات جزئی در اجزای اصلی ترکیب و تغییرات مهم در اجزای فرعی ترکیب ، پدید آمده است.

اجزای اصلی عبارتند از: ماسه ، آهک و کربنات سدیم. هر ماده خام دیگر ، جزء فرعی تلقی می‌شود، هرچند که بر اثر استفاده از آن ، نتایج مهمی بدست آید. مهمترین عامل در ساخت شیشه ، گرانروی اکسیدهای مذاب و ارتباط میان این گرانروی و ترکیب شیشه است.

تقسیم بندی شیشه‌های تجارتی

سیلیس گداخته

سیلیس گداخته یا سیلیس شیشه‌ای به روش تفکافت تتراکلرید سیلیسیم در دمای بالا یا بوسیله گدازش کوارتز یا ماسه خالص ساخته می‌شود و گاه آن را به اشتباه ، شیشه کوارتزی می‌خوانند. این ماده ، انبساط کم و نقطه نرمی بالایی دارد که به مقاومت گرمایی زیاد آن کمک می‌کند و امکان استفاده از آن را در گستره دمایی بالاتر از دیگر شیشه‌ها فراهم می‌آورد. این شیشه ، اشعه ماوراء بنفش را بخوبی از خود عبور می‌دهد.

سیلیکاتهای قلیایی

سیلیکاتهای قلیایی تنها شیشه‌های دو جزئی هستند که از اهمیت تجارتی برخوردارند. ماسه و کربنات سدیم را بسادگی با هم ذوب می‌کنند و محصولات بدست آمده با گستره ترکیب Na₂O.SiO₂ تا Na₂O.4SiO₂ را سیلیکاتهای سدیم می‌خوانند. سیلیکات محلول کربنات سدیم که به نام شیشه آبی (انحلال پذیر در آب) نیز خوانده می‌شود، بطور گسترده‌ای در ساخت جعبه‌هایی با کاغذ موجدار و به عنوان چسب کاغذ بکار می‌رود.

مصرف دیگر آن در ایجاد حالت ضد آتش است. انواع قلیایی‌تر آن به عنوان شوینده‌های لباسشویی و مواد کمکی صابونها بکار می‌رود.

شیشه آهک سوددار

این نوع شیشه %95 کل شیشه تولید شده را تشکیل می‌دهد و از آن ، برای ساخت تمام انواع بطری‌ها ، شیشه تخت ، پنجره خودروها و سایر پنجره‌ها ، لیوان و ظروف غذاخوری استفاده می‌شود. در کیفیت فیزیکی تمام انواع شیشه‌های تخت ، نظیر همواری و نداشتن موج و پیچ ، بهبود کلی حاصل شده، اما ترکیب شیمیایی تغییر زیادی نکرده است. اصولا ترکیب شیمیایی در گستره زیر قرار می‌گیرد:

SiO₂ از %70 تا %74 ، CaO از %8 تا %13 ،Na₂O از %13 تا %18.

فراورده‌هایی که این نسبتها را دارند، در دماهای نسبتا پایین‌تری ذوب می‌شوند. در تولید شیشه بطری ، بخش عمده پیشرفت از نوع مکانیکی است. در هر حال ، تجارت نوشابه‌ها ، سبب ایجاد گرایشی در بین شیشه سازان برای تولید ظروف شیشه‌ای با آلومین و آهک زیاد و قلیائیت کم شده است. این نوع شیشه با دشواری بیشتری ذوب می‌شود، اما در برابر مواد شیمیایی مقاومتر است.

رنگ شیشه بطری‌ها بدلیل انتخاب بهتر و تخلیص مواد خام و استفاده از سلنیم به عنوان زنگ‌زدا بسیار بهتر از قبل است.

شیشه سربی

با جانشین شدن اکسید سرب به جای اکسید کلسیم در شیشه مذاب ، شیشه سربی بدست می‌آید. این شیشه‌ها بدلیل برخورداری از ضریب شکست بالا و پراکندگی نور زیاد ، در کارهای نوری از اهمیت بسزایی برخوردارند. تاکنون میزان سرب موجود در شیشه را به %92 نیز رسانده‌اند.

درخشندگی یک بلور تراش داده شده خوب بدلیل مقدار زیاد سرب در ترکیب آن است. مقدار زیادی از این شیشه برای ساخت حباب لامپهای برق ، لامپهای نئون و رادیوترونها بدلیل مقاومت الکتریکی بالای آنها مورد استفاده قرار می‌گیرد. این شیشه برای ایجاد حفاظ در برابر پرتوهای اتمی نیز مفید است.

شیشه بوروسیلیکاتی

شیشه بوروسیلیکاتی ، معمولا حاوی حدود 10 تا 20 درصد B₂O₂ ، حدود 80 تا 85 درصد سیلیس و کمتر از 10 درصد Na₂O است. این نوع شیشه دارای ضریب انبساط کم ، مقاومت فوق‌العاده زیاد در برابر ضربه ، پایداری عالی در برابر مواد شیمیایی و مقاومت الکتریکی بالاست.

ظروف آزمایشگاهی ساخته شده از این شیشه ، تحت نام تجارتی پیرکس فروخته می‌شود. با این حال ، در سالهای اخیر نام پیرکس برای اجناس شیشه‌ای بسیاری که ترکیب شیمیایی دیگری دارند (مانند شیشه آلومین _ سیلیکات در ظروف شیشه‌ای مناسب برای پخت و پز) نیز بکار می‌رود. مصارف دیگر شیشه‌های بوروسیلیکاتی علاوه بر ظروف آزمایشگاهی عبارت است از واشرها و عایقهای فشار قوی ، خطوط لوله و عدسی تلسکوپها.

شیشه‌های ویژه

شیشه‌های رنگی و پوشش‌دار ، کدر ، شفاف ، ایمنی ، شیشه اپتیکی ، شیشه فوتوکرومیکی و سرامیکهای شیشه‌ای ، همه شیشه‌های ویژه هستند. ترکیب تمامی این شیشه‌ها بر طبق مشخصات محصول نهایی موردنظر تغییر می‌کند.

الیاف شیشه‌ای

الیاف شیشه‌ای از ترکیبات ویژه‌ای که در برابر شرایط جوی مقاوم هستند، ساخته می‌شوند. سطح بسیار زیاد این الیاف سبب می‌شود تا آنها نسبت به همه رطوبت موجود در هوا آسیب پذیر باشند. مقدار سیلیس (حدود %55) و قلیایی موجود در این شیشه پایین است.

مباحث مرتبط با عنوان

• آهک
• پیرکس
• تاریخچه شیشه
• جریان تولید شیشه تخت
• سیلیس
• شیشه و انواع آن
• شیشه ایمنی
• شیشه سربی
• شیشه فوتوکرومیک
• شیشه‌های رنگی
• شیشه‌های ویژه
• شیمی شیشه
• صنعت شیشه‌سازی
• مواد خام شیشه