Borosilikátové sklo 3.3: Vlastnosti, zloženie, tepelný šok a laboratórne aplikácie

Vstúpte do takmer akéhokoľvek fungujúceho chemického laboratória a sklo na lavici ticho zdieľa jednu špecifikáciu: borosilikátové sklo 3.3. Číslo nie je značkou, stupňom prehľadnosti ani marketingovým štítkom. Je to označenie materiálu spojené s jedinou fyzikálnou vlastnosťou, koeficientom strednej lineárnej rozťažnosti, a predpovedá veľa o tom, ako sa banka, chladič, fľaša alebo reaktor správa, keď sa zahrieva, chladí, evakuuje alebo napĺňa agresívnou chémiou. Pochopenie, odkiaľ pochádza 3.3, robí výber borosilikátové 3,3 laboratórne sklo oveľa menší odhad.

Čo vlastne znamená 3.3 v borosilikátovom skle 3.3

Borosilikátové sklo 3.3 je definované svojím koeficientom strednej lineárnej rozťažnosti: približne 3,3 × 10-6 na kelvin, merané medzi 20 a 300 °C. Tento údaj je zapísaný v norme ISO 3585, ktorá popisuje vlastnosti tejto rodiny skiel, a preto sa materiál zvyčajne nazýva jednoducho „3,3“ namiesto toho, aby dostal vlastný názov. Norma povoľuje toleranciu zhruba plus alebo mínus 0,1 × 10-6 na kelvin, čo je dôvod, prečo výrobky od rôznych výrobcov zostávajú rozmerovo a tepelne zameniteľné.

Nízka expanzia pochádza zo zloženia. Typické sklo 3,3 obsahuje približne 81 % oxidu kremičitého (SiO2), približne 13 % oxidu boritého (B2O3), približne 4 % oxidu sodného (Na2O) a niekoľko percent oxidu hlinitého (Al2O3) spolu s malým množstvom oxidu draselného. Bór je kľúčovým doplnkom: vstupuje do siete oxidu kremičitého a obmedzuje, do akej miery sa štruktúra natiahne, keď sa zahreje. Ak by ste chceli chémiu podrobnejšie, naša poznámka na zloženie borosilikátového skla a číslo 3,3 prechádza cez oxidy jeden po druhom.

Keďže zloženie aj rozťažnosť sú štandardizované, sklo 3.3 spĺňa niekoľko klasifikácií naraz. Zodpovedá borosilikátovému sklu typu I podľa USP, triede A ASTM E438 typu I a materiálu označenému ako borosilikátové sklo 3.3 v norme DIN ISO 3585. Pre laboratórium je toto prekrytie skôr praktické ako akademické: znamená to, že odmerná banka zakúpená pre liekopisnú prácu a reakčná banka zakúpená pre syntézny stôl môžu mať rovnaký tepelný základný materiál.

Kľúčové vlastnosti na prvý pohľad

Nižšie uvedená tabuľka zhromažďuje čísla, ktoré sú najdôležitejšie, keď plánujete experiment, píšete metódu alebo kontrolujete, či tvrdenie dodávateľa platí.

Odolnosť voči tepelnému šoku a prečo na čísle záleží

Ako dobre sklo prežije náhlu zmenu teploty, závisí predovšetkým od jeho koeficientu rozťažnosti, pretože rozťažnosť spôsobuje vnútorné napätie, keď je jedna časť nádoby teplejšia ako druhá. So zhruba tretinovou expanziou sodnovápenatého skla toleruje borosilikát 3.3 rozdiely, ktoré by praskli bežné nápojové sklo. V každodenných podmienkach môže tenkostenná 3,3-kapslová nádoba zvyčajne prejsť skokovou zmenou približne o 100 až 120 K, zatiaľ čo sodnovápenaté sklo podobnej hrúbky môže zlyhať pri 40 K alebo menej.

Kde jednoduché číslo prestáva byť jednoduché

Hrúbka steny a geometria sú dôležité rovnako ako samotný koeficient. Teplo prechádza sklom pomaly, takže hrubá stena vytvára väčšie vnútorné gradienty ako tenká. Prudké prechody, ako je ťažká základňa stretávajúca sa s tenkou bočnou stenou alebo spoj tavený pri vysokej teplote, koncentrujú napätie. To je dôvod, prečo sa dve banky vyrobené z rovnakej 3,3 trubice môžu správať veľmi odlišne, keď sa jedna opláchne pod studenou tečúcou vodou a druhá sa nechá vychladnúť na vzduchu.

Väčšina rozbití pripisovaných „zlému sklu“ je v skutočnosti problémom pri manipulácii: zahrievanie jednej strany banky holým plameňom, nalievanie studeného rozpúšťadla do horúcej nádoby, zovretie spoja pri zaťažení ohybom alebo vytlačenie brúseného skosenia, ktoré nabralo piesok. Žíhanie v továrni raz odstráni výrobné napätie; jemné zaobchádzanie na lavičke ju udrží odstránenú.

Chemická odolnosť a jej limity

Borosilikát 3.3 je klasifikovaný ako vysoko odolné sklo podľa ISO 719 a ISO 720 a spĺňa požiadavky na odolnosť voči kyselinám ISO 1776. Odoláva vode, zriedeným a koncentrovaným kyselinám, soľným roztokom a väčšine organických rozpúšťadiel bez merateľného napadnutia, a preto sa používa na skladovanie činidiel, objemové meranie, chromatografické kolóny a jemné chemické reaktorové systémy.

Existujú dobre známe výnimky a ich ignorovanie je drahé:

• Kyselina fluorovodíková a akákoľvek zmes obsahujúca fluorid rýchlo napáda sieť oxidu kremičitého a nikdy by sa nemala skladovať ani manipulovať v skle.
• Horúca koncentrovaná kyselina fosforečná a horúca koncentrovaná zásada, ako je hydroxid sodný alebo draselný, rozpúšťajú sklo pomaly, ale stabilne.
• Alkalické roztoky ponechané vo fľaši niekoľko mesiacov vylúhujú sodík z povrchu a zanechávajú zakalený, leptaný film.
• Opakované horúce alkalické cykly umývačky riadu zahmlievajú povrch objemového riadu a môžu ovplyvniť jemné vŕtanie byriet a pipiet.

Na bežné čistenie sú neutrálne alebo mierne kyslé čistiace prostriedky, po ktorých nasleduje opláchnutie destilovanou vodou, šetrnejšie ako silne alkalické kúpele, najmä pre merací tovar triedy A, kde stav povrchu ovplyvňuje presnosť.

Kde sa v laboratóriu používa borosilikátové sklo 3.3

Pretože materiál kombinuje tepelnú stabilitu, chemickú inertnosť a optickú čistotu, objaví sa takmer všade v pracovnom laboratóriu:

• Reakčné práce: jednohrdlové a viachrdlové banky s guľatým dnom, opláštené reakčné banky, stolové reaktory a väčšie poloprevádzkové nádoby so zodpovedajúcimi viečkami a adaptérmi na miešanie.
• Reflux a kondenzácia: Liebig, Allihn, Graham a vzduchové kondenzátory, studené prsty a kompletné refluxné zostavy.
• Destilácia a odparovanie: destilačné hlavy, frakcionačné kolóny, náplne, vákuové odberové adaptéry, banky proti rozstreku a komponenty rotačných odpariek.
• Filtrácia: lieviky a tégliky zo sintrovaného skla, filtračné banky a kompletné vákuové filtračné zostavy.
• Skladovanie a manipulácia: reagenčné fľaše so skrutkovacím uzáverom, ampulky na vzorky, exsikátory, fľaše na umývanie plynu a zásobníky na rozpúšťadlo.
• Meranie a analýza: odmerné banky, byrety, odmerné pipety, odmerné valce, chromatografické kolóny, TLC vyvíjacie tanky a NMR skúmavky.
• Procesné a poloprevádzkové meradlo: systémy sklenených reaktorov, prenosové linky a priezory pre zariadenia manipulujúce s korozívnymi médiami.

Ak sa vaša práca sústreďuje na syntézu, trojhrdlá banka s okrúhlym dnom zo skla triedy A 3.3 je kúskom, po ktorom budete siahať najčastejšie. Prijíma súčasne miešadlo, teplomer alebo dávkovací lievik a chladič a vďaka štandardným kužeľom je zameniteľný so všetkým ostatným v spojovacom systéme.

Trojhrdlá banka triedy A s guľatým dnom na laboratórnu syntézu Trojhrdlá banka s guľatým dnom triedy A na organickú syntézu a riadený ohrev, dostupná vo veľkostiach od 50 ml do 2000 ml so štandardnými spojmi. Zobraziť produkt →

Na strane skladovania je reagenčná fľaša s modrým uzáverom z borosilikátového skla s vysokým obsahom 3,3 litra tichým pracantom police: skrutkovací uzáver tesní bez mastnoty, stena je dostatočne hrubá na každodennú manipuláciu a materiál odstraňuje kyseliny a rozpúšťadlá, ktoré sú najčastejšie na dosah.

Závitová reagenčná fľaša s modrým uzáverom v 3,3 borosilikátovom skle Fľaša s borosilikátovým činidlom 3,3 s modrým uzáverom na bezpečné skladovanie laboratórneho činidla, dostupná od 100 ml do 20 000 ml so závitovým uzáverom. Zobraziť produkt →

Praktické poznámky na prácu so sklom 3.3

Niekoľko zvykov udržuje sklo 3.3 v prevádzke roky a nie mesiace:

1. Namontujte brúsené spoje čisté a suché, kde je to možné. Ak je potrebné namazať uzatvárací kohút, použite PTFE manžety alebo jemný dotyk silikónového maziva a potom ho vyčistite.
2. Viachrdlové banky a ťažké kondenzátory podoprite svorkami umiestnenými nad spojom. Sklo by nikdy nemalo niesť vlastnú váhu pod uhlom.
3. Utesnite spoje skôr jemným otáčaním ako silou. Zaseknutý kužeľ zvyčajne začína ohnutým, špinavým alebo príliš utiahnutým spojom.
4. Pomaly zahrievajte plášťom, olejovým kúpeľom alebo vykurovacím blokom. Vyhnite sa priamemu plameňu a nikdy neaplikujte lokálne teplo na tenké miesto alebo opravované miesto.
5. Ochlaďte postupne. Oplachovanie banky priamo z 200 °C kúpeľa pod studenou vodou je najčastejšou príčinou nevysvetliteľného rozbitia.
6. Sledujte skôr teplotné rozdiely ako absolútne teploty. 3.3 sklo pohodlne zvládne 300 °C; namieta proti gradientu 150 K cez niekoľko centimetrov steny.
7. Pred každým vysávaním skontrolujte ráfiky a spoje, či nemajú jemné praskliny. Vákuové sklo uchováva prekvapivé množstvo energie.

Výber 3.3 skla, ktoré vyhovuje vašej práci

Keď porovnávate katalógy, pýtajte sa skôr na číslo expanzie ako na slovo „borosilikát“. Neutrálne sklo a iné materiály s vysokou rozťažnosťou sa niekedy voľne označujú ako borosilikát, no na varnej platni sa správajú úplne inak. Okrem materiálu skontrolujte veľkosti spojov v porovnaní so sklom, ktoré už vlastníte, hrúbku steny pre očakávané tepelné zaťaženie a či merací tovar nesie označenie triedy A.

Shanghai Heqi Glassware vyrába štandardné brúsené sklo od roku 2002 s našimi vlastnými sklárskymi, kovoobrábacími a montážnymi dielňami a dodávame ako vlastné kusy, tak aj nástroje iných výrobcov, takže laboratórium dokáže postaviť kompletnú zostavu v jednej zákazke. Ak si nie ste istí, či je konkrétna banka alebo fľaša pravá 3.3, radi sa s vami pred kúpou porozprávame o špecifikácii.

Dokonca aj obyčajná kadička s nízkym tvarom ťaží z rovnakej disciplíny. 3,3-kadičkový pohár s hrubou stenou a plochým dnom sa rovnomerne zahrieva na varnej platni, prežije rýchly presun na studenú lavicu a umožní vám sledovať roztok bez namáhania očí.

Nízkoformná borosilikátová sklenená kadička pre laboratórnu chémiu Nízka borosilikátová kadička 3,3 na rovnomerné zahrievanie a jasné pozorovanie reakcie s nalievacím hrdlom a plochým dnom na miešanie. Zobraziť produkt →

Borosilikátové sklo 3.3 je jedným z mála laboratórnych štandardov, ktoré zostali nezmenené po celé desaťročia, a práve táto stabilita je základom. Číslo vám povie expanziu, expanzia vám povie tepelné správanie a norma vám povie, že spoj od jedného výrobcu bude stále pasovať na kondenzátor od iného výrobcu. Vyberajte si svoje sklo za týchto podmienok, ošetrujte kĺby šetrne, nepribližujte sa k nim s horúcimi alkalickými kúpeľmi a na vašom stole bude fungovať veľmi dlho.