09-06-2010, 11:01 AM
Từ xa xưa, người Ai Cập đã tình cờ phát hiện ra loại thủy tinh màu xanh, nhưng ngày nay việc khám phá loại thủy tinh có màu đã trở thành niềm đam mê nghề nghiệp của các nhà kỹ thuật.
Thủy tinh, đôi khi trong dân gian còn được gọi là kính hay kiếng, là một chất rắn vô định hình đồng nhất, có gốc silicát, thường được pha trộn thêm các tạp chất để có tính chất theo ý muốn.
Thủy tinh là một vật liệu đồng nhất vô định hình, có cấu trúc hỗn độn giống như chất lỏng. Thông thường thủy tinh được sản xuất bằng sự kết hợp giữa các nguyên liệu như: cát thạch anh, kali cacbonat và chì ôxit ở nhiệt độ cao để các vật liệu tan ra và nóng chảy với nhau.
Từ thế kỷ 17, người ta đã sớm bắt đầu sản xuất loại chai đựng bằng thủy tinh có màu đen nhờ vào sự kết hợp của sắt có trong cát và lưu huỳnh có trong than dùng để nấu chảy thủy tinh. Cũng trong thời gian đó, các loại màu chuyên dụng khác nhau đã thu được bằng các phương pháp khác nhau.
Trong dạng thuần khiết và ở điều kiện bình thường, thủy tinh là một chất trong suốt, tương đối cứng, khó mài mòn, rất trơ hóa học và không hoạt động xét về phương diện sinh học, có thể tạo thành với bề mặt rất nhẵn và trơn. Tuy nhiên, thủy tinh rất dễ gãy hay vỡ thành các mảnh nhọn và sắc dưới tác dụng của lực hay nhiệt một cách đột ngột. Tính chất này có thể giảm nhẹ hay thay đổi bằng cách thêm một số chất bổ sung vào thành phần khi nấu thủy tinh hay xử lý nhiệt.
Vào thế kỷ 19, các nhà sản xuất thủy tinh tiếp tục kiểm tra và thử nghiệm các màu mới. Ngày nay, họ sử dụng đồng (Cu) để sản xuất thủy tinh màu xanh ngọc và sử dụng vàng (Au) để tạo ra thủy tinh có màu hồng ngọc. Trước đó, loại thủy tinh màu xanh do người Ai Cập phát hiện ra cũng từ việc sử dụng hợp chất Cu. Mangan (Mn) được sử dụng chủ yếu để sản xuất thủy tinh màu đỏ tía, trong khi crôm (Cr) được sử dụng để sản xuất thủy tinh có màu xanh đậm. Các loại thủy tinh màu xanh nổi tiếng có được khi sử dụng coban (Co) trong hỗn hợp với kali cacbonat. Tuy nhiên, nguyên tố này sẽ tạo ra màu hồng khi sử dụng trong hỗn hợp boro-silicat, và tạo thành màu xanh khi sử dụng với iođua. Đồ sứ Trung Quốc từ thời nhà Tần đến thời nhà Minh đều được trang trí bằng màu xanh coban.
Bằng việc kết hợp các loại hóa chất, các nhà sản xuất thủy tinh đang nhằm vào mục đích sản xuất ra các đồ vật bắt mắt và đồ trang sức.
Một số hóa chất tạo màu cho thủy tinh
Các kim loại và ôxít kim loại được bổ sung thêm vào thủy tinh trong quá trình sản xuất nó để thay đổi màu sắc của nó. Mangan có thể thêm vào với một lượng nhỏ để loại bỏ màu xanh lá cây tạo ra bởi sắt hay trong một lượng lớn hơn để cho thủy tinh có màu tím amêtít. Giống như mangan, selen có thể sử dụng với một lượng nhỏ để làm bay màu của kính, hay trong một lượng lớn hơn để tạo ra màu hơi đỏ. Một lượng nhỏ côban (0,025 đến 0,1%) sinh ra thủy tinh màu xanh da trời. Ôxít thiếc với antimoan và ôxít asen sinh ra thủy tinh màu trắng đục, lần đầu tiên đã được sử dụng ở Venezia để sản xuất đồ giả sứ. 2 đến 3% của ôxít đồng sinh ra màu xanh lam.
Đồng kim loại nguyên chất sinh ra thủy tinh mờ có màu đỏ thẫm, nó đôi khi được sử dụng thay thế cho thủy tinh màu hồng ngọc của vàng. Niken, phụ thuộc vào nồng độ, sinh ra thủy tinh có màu xanh da trời hay màu tím hoặc thậm chí là màu đen. Sự bổ sung titan sinh ra thủy tinh có màu nâu vàng. Vàng kim loại trong một lượng rất nhỏ (khoảng 0,001%), sinh ra thủy tinh có màu hồng ngọc thẫm, trong khi một lượng thấp hơn sinh ra màu đỏ nhạt hơn, thông thường gọi là màu "nam việt quất". Nguyên tố urani (0,1 đến 2%) có thể thêm vào để thủy tinh có màu vàng phản quang hay màu xanh lá cây. Thủy tinh urani nói chung là không nguy hiểm về phóng xạ, tuy vậy nếu nó ở dạng bột, chẳng hạn như đánh bóng bằng giấy nhám, và dạng bụi thì nó là tác nhân gây ung thư. Hợp chất của bạc (thông thường là nitrat bạc) có thể sinh ra một khoảng màu từ đỏ da cam đến vàng. Phương thức đốt nóng và làm lạnh thủy tinh có thể có ảnh hưởng đáng kể tới màu sinh ra bởi các chất này. Các chất này tham gia vào cấu trúc thủy tinh như thế nào hiện nay vẫn chưa được nghiên cứu kỹ. Các loại thủy tinh màu khác vẫn thường xuyên được tìm ra.
Thủy tinh thông thường không cho ánh sáng có bước sóng nhỏ hơn 400 nm, hay tia cực tím (UV) đi qua. Có điều này vì sự bổ sung của các hợp chất như tro sô đa (cacbonat natri). Thủy tinh thuần SiO2 (còn gọi là thủy tinh thạch anh) không hấp thụ tia UV và nó được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ trong suốt trong khoảng bước sóng này, mặc dù nó đắt hơn thủy tinh thường. Có thể pha thêm xêri vào thủy tinh để tăng việc hấp thụ tia cực tím (các bức xạ ion hóa nguy hiểm về mặt sinh học).
Một số ứng dụng của thủy tinh
Thủy tinh là một vật liệu cứng và không hoạt hóa nên nó là một vật liệu có nhiều ứng dúng. Nhiều đồ đồ gia dụng được làm từ thủy tinh.như : Cốc, chén, bát, đĩa, chai, lọ v.v cũng như bóng đèn, gương, ống thu hình của màn hình máy tính và ti vi, cửa sổ.
Trong phòng thí nghiệm để làm các thí nghiệm trong hóa học, sinh học, vật lý và nhiều lĩnh vực khác, người ta sử dụng bình thót cổ, ống thử, lăng kính và nhiều dụng cụ thiết bị khác được làm từ thủy tinh. Đối với các ứng dụng này, thủy tinh silicat bo (như Pyrex) thường được sử dụng vì sức bền và hệ số giãn nở nhiệt thấp, tạo cho nó sự chống lại tốt hơn đối với các sốc nhiệt và cho phép đo đạc chính xác hơn khi làm nóng và làm nguội các thiết bị.
Đối với phần lớn các ứng dụng có yêu cầu cao, thủy tinh thạch anh được sử dụng, mặc dù rất khó làm việc với nó. Phần lớn thủy tinh như thế này được sản xuất hàng loạt bằng các công nghệ khác nhau, nhưng đa phần các phòng thí nghiệm lớn cần rất nhiều các loại đồ thủy tinh khác nhau vì thế họ vẫn giữ ống thổi thủy tinh trong văn phòng.
Thủy tinh từ núi lửa, như đá vỏ chai, đã được sử dụng từ lâu để tạo ra các công cụ bằng đá và kỹ thuật đập đá lửa có thể dễ dàng tạo ra với sự phù hợp với thủy tinh sản xuất hàng loạt ngày nay.
Thủy tinh, đôi khi trong dân gian còn được gọi là kính hay kiếng, là một chất rắn vô định hình đồng nhất, có gốc silicát, thường được pha trộn thêm các tạp chất để có tính chất theo ý muốn.
Thủy tinh là một vật liệu đồng nhất vô định hình, có cấu trúc hỗn độn giống như chất lỏng. Thông thường thủy tinh được sản xuất bằng sự kết hợp giữa các nguyên liệu như: cát thạch anh, kali cacbonat và chì ôxit ở nhiệt độ cao để các vật liệu tan ra và nóng chảy với nhau.
Từ thế kỷ 17, người ta đã sớm bắt đầu sản xuất loại chai đựng bằng thủy tinh có màu đen nhờ vào sự kết hợp của sắt có trong cát và lưu huỳnh có trong than dùng để nấu chảy thủy tinh. Cũng trong thời gian đó, các loại màu chuyên dụng khác nhau đã thu được bằng các phương pháp khác nhau.
Trong dạng thuần khiết và ở điều kiện bình thường, thủy tinh là một chất trong suốt, tương đối cứng, khó mài mòn, rất trơ hóa học và không hoạt động xét về phương diện sinh học, có thể tạo thành với bề mặt rất nhẵn và trơn. Tuy nhiên, thủy tinh rất dễ gãy hay vỡ thành các mảnh nhọn và sắc dưới tác dụng của lực hay nhiệt một cách đột ngột. Tính chất này có thể giảm nhẹ hay thay đổi bằng cách thêm một số chất bổ sung vào thành phần khi nấu thủy tinh hay xử lý nhiệt.
Vào thế kỷ 19, các nhà sản xuất thủy tinh tiếp tục kiểm tra và thử nghiệm các màu mới. Ngày nay, họ sử dụng đồng (Cu) để sản xuất thủy tinh màu xanh ngọc và sử dụng vàng (Au) để tạo ra thủy tinh có màu hồng ngọc. Trước đó, loại thủy tinh màu xanh do người Ai Cập phát hiện ra cũng từ việc sử dụng hợp chất Cu. Mangan (Mn) được sử dụng chủ yếu để sản xuất thủy tinh màu đỏ tía, trong khi crôm (Cr) được sử dụng để sản xuất thủy tinh có màu xanh đậm. Các loại thủy tinh màu xanh nổi tiếng có được khi sử dụng coban (Co) trong hỗn hợp với kali cacbonat. Tuy nhiên, nguyên tố này sẽ tạo ra màu hồng khi sử dụng trong hỗn hợp boro-silicat, và tạo thành màu xanh khi sử dụng với iođua. Đồ sứ Trung Quốc từ thời nhà Tần đến thời nhà Minh đều được trang trí bằng màu xanh coban.
Bằng việc kết hợp các loại hóa chất, các nhà sản xuất thủy tinh đang nhằm vào mục đích sản xuất ra các đồ vật bắt mắt và đồ trang sức.
Một số hóa chất tạo màu cho thủy tinh
Các kim loại và ôxít kim loại được bổ sung thêm vào thủy tinh trong quá trình sản xuất nó để thay đổi màu sắc của nó. Mangan có thể thêm vào với một lượng nhỏ để loại bỏ màu xanh lá cây tạo ra bởi sắt hay trong một lượng lớn hơn để cho thủy tinh có màu tím amêtít. Giống như mangan, selen có thể sử dụng với một lượng nhỏ để làm bay màu của kính, hay trong một lượng lớn hơn để tạo ra màu hơi đỏ. Một lượng nhỏ côban (0,025 đến 0,1%) sinh ra thủy tinh màu xanh da trời. Ôxít thiếc với antimoan và ôxít asen sinh ra thủy tinh màu trắng đục, lần đầu tiên đã được sử dụng ở Venezia để sản xuất đồ giả sứ. 2 đến 3% của ôxít đồng sinh ra màu xanh lam.
Đồng kim loại nguyên chất sinh ra thủy tinh mờ có màu đỏ thẫm, nó đôi khi được sử dụng thay thế cho thủy tinh màu hồng ngọc của vàng. Niken, phụ thuộc vào nồng độ, sinh ra thủy tinh có màu xanh da trời hay màu tím hoặc thậm chí là màu đen. Sự bổ sung titan sinh ra thủy tinh có màu nâu vàng. Vàng kim loại trong một lượng rất nhỏ (khoảng 0,001%), sinh ra thủy tinh có màu hồng ngọc thẫm, trong khi một lượng thấp hơn sinh ra màu đỏ nhạt hơn, thông thường gọi là màu "nam việt quất". Nguyên tố urani (0,1 đến 2%) có thể thêm vào để thủy tinh có màu vàng phản quang hay màu xanh lá cây. Thủy tinh urani nói chung là không nguy hiểm về phóng xạ, tuy vậy nếu nó ở dạng bột, chẳng hạn như đánh bóng bằng giấy nhám, và dạng bụi thì nó là tác nhân gây ung thư. Hợp chất của bạc (thông thường là nitrat bạc) có thể sinh ra một khoảng màu từ đỏ da cam đến vàng. Phương thức đốt nóng và làm lạnh thủy tinh có thể có ảnh hưởng đáng kể tới màu sinh ra bởi các chất này. Các chất này tham gia vào cấu trúc thủy tinh như thế nào hiện nay vẫn chưa được nghiên cứu kỹ. Các loại thủy tinh màu khác vẫn thường xuyên được tìm ra.
Thủy tinh thông thường không cho ánh sáng có bước sóng nhỏ hơn 400 nm, hay tia cực tím (UV) đi qua. Có điều này vì sự bổ sung của các hợp chất như tro sô đa (cacbonat natri). Thủy tinh thuần SiO2 (còn gọi là thủy tinh thạch anh) không hấp thụ tia UV và nó được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ trong suốt trong khoảng bước sóng này, mặc dù nó đắt hơn thủy tinh thường. Có thể pha thêm xêri vào thủy tinh để tăng việc hấp thụ tia cực tím (các bức xạ ion hóa nguy hiểm về mặt sinh học).
Một số ứng dụng của thủy tinh
Thủy tinh là một vật liệu cứng và không hoạt hóa nên nó là một vật liệu có nhiều ứng dúng. Nhiều đồ đồ gia dụng được làm từ thủy tinh.như : Cốc, chén, bát, đĩa, chai, lọ v.v cũng như bóng đèn, gương, ống thu hình của màn hình máy tính và ti vi, cửa sổ.
Trong phòng thí nghiệm để làm các thí nghiệm trong hóa học, sinh học, vật lý và nhiều lĩnh vực khác, người ta sử dụng bình thót cổ, ống thử, lăng kính và nhiều dụng cụ thiết bị khác được làm từ thủy tinh. Đối với các ứng dụng này, thủy tinh silicat bo (như Pyrex) thường được sử dụng vì sức bền và hệ số giãn nở nhiệt thấp, tạo cho nó sự chống lại tốt hơn đối với các sốc nhiệt và cho phép đo đạc chính xác hơn khi làm nóng và làm nguội các thiết bị.
Đối với phần lớn các ứng dụng có yêu cầu cao, thủy tinh thạch anh được sử dụng, mặc dù rất khó làm việc với nó. Phần lớn thủy tinh như thế này được sản xuất hàng loạt bằng các công nghệ khác nhau, nhưng đa phần các phòng thí nghiệm lớn cần rất nhiều các loại đồ thủy tinh khác nhau vì thế họ vẫn giữ ống thổi thủy tinh trong văn phòng.
Thủy tinh từ núi lửa, như đá vỏ chai, đã được sử dụng từ lâu để tạo ra các công cụ bằng đá và kỹ thuật đập đá lửa có thể dễ dàng tạo ra với sự phù hợp với thủy tinh sản xuất hàng loạt ngày nay.