Szkło borokrzemianowe 3.3: właściwości, skład, szok termiczny i zastosowania laboratoryjne

Wejdź do prawie każdego działającego laboratorium chemicznego, a szkło na stole ma jedną specyfikację: szkło borokrzemowe 3.3. Numer nie oznacza marki, stopnia przejrzystości ani etykiety marketingowej. Jest to oznaczenie materiału powiązane z pojedynczą właściwością fizyczną, współczynnikiem średniej rozszerzalności liniowej, i pozwala wiele przewidzieć, jak zachowuje się kolba, skraplacz, butelka lub reaktor podczas ogrzewania, chłodzenia, opróżniania lub napełniania agresywną chemią. Zrozumienie, skąd pochodzi wersja 3.3, dokonuje wyboru Szkło laboratoryjne borokrzemianowe 3.3 znacznie mniej domysłów.

Co właściwie oznacza 3,3 w szkle borokrzemowym 3,3

Szkło borokrzemianowe 3,3 definiuje się na podstawie współczynnika średniej rozszerzalności liniowej: około 3,3 × 10-6 na stopień Kelvina, mierzonego w temperaturze od 20 do 300 °C. Liczba ta jest zapisana w normie ISO 3585, normie opisującej właściwości tej rodziny szkieł, i z tego powodu materiał ten jest zwykle nazywany po prostu „3.3”, a nie zastrzeżoną nazwą. Norma dopuszcza tolerancję w przybliżeniu plus minus 0,1 × 10-6 na kelwin, dlatego produkty różnych producentów pozostają wymienne pod względem wymiarowym i termicznym.

Niska ekspansja wynika ze składu. Typowe szkło 3.3 zawiera około 81% dwutlenku krzemu (SiO2), około 13% trójtlenku boru (B2O3), około 4% tlenku sodu (Na2O) i kilka procent tlenku glinu (Al2O3) oraz niewielkie ilości tlenku potasu. Bor jest kluczowym dodatkiem: wchodzi do sieci krzemionki i ogranicza rozciąganie struktury po podgrzaniu. Jeśli chcesz bardziej szczegółowo o chemii, nasza notatka na temat skład szkła borokrzemowego i liczba 3,3 przechodzi przez tlenki jeden po drugim.

Ponieważ zarówno skład, jak i ekspansja są ustandaryzowane, szkło 3.3 spełnia jednocześnie kilka klasyfikacji. Odpowiada ono szkłu borokrzemianowemu USP typu I, ASTM E438 typ I klasie A oraz materiałowi oznaczonemu jako szkło borokrzemianowe 3.3 w normie DIN ISO 3585. W przypadku laboratorium to nakładanie się jest raczej praktyczne niż akademickie: oznacza to, że kolba miarowa zakupiona do prac farmakopealnych i kolba reakcyjna zakupiona na stół do syntezy mogą mieć ten sam materiał bazowy i to samo zachowanie termiczne.

Najważniejsze właściwości w skrócie

W poniższej tabeli zebrano liczby, które mają największe znaczenie podczas planowania eksperymentu, pisania metody lub sprawdzania, czy twierdzenie dostawcy jest uzasadnione.

Odporność na szok termiczny i dlaczego liczba ma znaczenie

To, jak dobrze szkło przetrwa nagłą zmianę temperatury, zależy głównie od jego współczynnika rozszerzalności, ponieważ to rozszerzanie powoduje powstawanie naprężeń wewnętrznych, gdy jedna część naczynia jest gorętsza od drugiej. Przy około jednej trzeciej ekspansji szkła sodowo-wapniowego, borokrzemian 3.3 toleruje różnice, które mogłyby spowodować pęknięcie zwykłej szklanki. Na co dzień cienkościenne naczynie 3,3 może zwykle przyjąć skokową zmianę temperatury o około 100 do 120 K, podczas gdy szkło sodowo-wapniowe o podobnej grubości może pęknąć w temperaturze 40 K lub mniej.

Gdzie prosta liczba przestaje być prosta

Grubość ścianki i geometria mają znaczenie tak samo jak sam współczynnik. Ciepło przepływa przez szkło powoli, więc w grubej ścianie powstają większe gradienty wewnętrzne niż w cienkiej. Nagłe przejścia, takie jak połączenie ciężkiej podstawy z cienką ścianką boczną lub połączenie stopione w wysokiej temperaturze, koncentrują naprężenia. Dlatego dwie kolby wykonane z tej samej rurki 3,3 mogą zachowywać się bardzo odmiennie, gdy jedną przepłuczemy pod zimnym kranem, a drugą pozostawimy do ostygnięcia na powietrzu.

Większość pęknięć przypisywanych „złemu szkłu” jest w rzeczywistości problemem związanym z obsługą: podgrzaniem jednej strony kolby gołym płomieniem, wlaniem zimnego rozpuszczalnika do gorącego naczynia, zaciśnięciem złącza pod obciążeniem zginającym lub wciśnięciem szlifowanego stożka, w którym zebrał się piasek. Wyżarzanie w fabryce jednorazowo usuwa naprężenia produkcyjne; delikatne obchodzenie się z ławką pozwala go usunąć.

Odporność chemiczna i jej ograniczenia

Borokrzemian 3.3 jest klasyfikowany jako szkło o wysokiej wytrzymałości zgodnie z normami ISO 719 i ISO 720 i spełnia wymagania kwasoodporności normy ISO 1776. Jest odporny na wodę, rozcieńczone i stężone kwasy, roztwory soli i większość rozpuszczalników organicznych bez mierzalnego ataku, dlatego jest stosowany do przechowywania odczynników, pomiarów objętościowych, kolumn chromatograficznych i systemów reaktorów w wysokowartościowych chemikaliach i farmaceutykach.

Istnieją dobrze znane wyjątki, a ignorowanie ich jest kosztowne:

• Kwas fluorowodorowy i wszelkie mieszaniny zawierające fluor szybko atakują sieć krzemionki i nigdy nie powinny być przechowywane ani obsługiwane w szkle.
• Gorący stężony kwas fosforowy i gorące stężone zasady, takie jak wodorotlenek sodu lub potasu, powoli, ale równomiernie rozpuszczają szkło.
• Roztwory alkaliczne pozostawione w butelce na kilka miesięcy wypłukują sód z powierzchni i pozostawiają mętny, wytrawiony film.
• Powtarzające się cykle gorącej alkalicznej zmywarki powodują zamglenie powierzchni naczyń miarowych i mogą wpływać na drobny otwór biuret i pipet.

W przypadku rutynowego czyszczenia neutralne lub lekko kwaśne detergenty, a następnie płukanie wodą destylowaną są lepsze niż kąpiele silnie alkaliczne, szczególnie w przypadku naczyń pomiarowych klasy A, gdzie stan powierzchni wpływa na dokładność.

Gdzie w laboratorium stosowane jest szkło borokrzemowe 3.3

Ponieważ materiał łączy w sobie stabilność termiczną, obojętność chemiczną i przejrzystość optyczną, można go spotkać niemal wszędzie w działającym laboratorium:

• Prace reakcyjne: kolby okrągłodenne jednoszyjne i wieloszyjne, kolby reakcyjne z płaszczem, reaktory laboratoryjne i większe naczynia w skali pilotażowej z pasującymi pokrywkami i adapterami mieszadeł.
• Refluks i kondensacja: Liebig, Allihn, Graham i skraplacze powietrzne, zimne palce i kompletne zespoły refluksowe.
• Destylacja i odparowanie: głowice destylacyjne, kolumny frakcjonujące, materiały opakowaniowe, adaptery do odbioru próżni, gruszki przeciwrozbryzgowe i elementy wyparek obrotowych.
• Filtracja: lejki i tygle ze spiekanego szkła, kolby filtracyjne i zestawy do filtracji całkowicie próżniowej.
• Przechowywanie i obsługa: butelki z odczynnikami z zakrętkami, fiolki na próbki, eksykatory, butelki do płukania gazu i zbiorniki na rozpuszczalnik.
• Pomiary i analizy: kolby miarowe, biurety, pipety miarowe, cylindry miarowe, kolumny chromatograficzne, wywoływacze TLC i probówki NMR.
• Skala procesowa i pilotażowa: systemy reaktorów szklanych, linie przesyłowe i wzierniki dla instalacji obsługujących media korozyjne.

Jeśli Twoja praca koncentruje się na syntezie, trójszyjna kolba okrągłodenna ze szkła klasy A 3.3 to przedmiot, po który najczęściej sięgniesz. Można w nim zastosować jednocześnie mieszadło, termometr lub wkraplacz i skraplacz, a dzięki standardowym stożkom można go stosować zamiennie z innymi elementami systemu połączeń.

Trójszyjna kolba okrągłodenna klasy A do syntezy laboratoryjnej Trójszyjna kolba okrągłodenna klasy A do syntezy organicznej i kontrolowanego ogrzewania, dostępna w rozmiarach od 50 mL do 2000 mL ze standardowymi złączami. Zobacz produkt →

Jeśli chodzi o przechowywanie, butelka odczynnika z niebieską nakrętką ze szkła borokrzemowego o grubości 3,3 to cichy koń pociągowy na półce: zakrętka uszczelnia bez smaru, ścianka jest wystarczająco gruba, aby można ją było nosić w codziennym użytkowaniu, a materiał nie wchłania kwasów i rozpuszczalników, które najczęściej znajdują się w zasięgu ręki.

Butelka z odczynnikiem z niebieską zakrętką, wykonana ze szkła borokrzemowego 3.3 Butelka na odczynnik borokrzemianowy 3.3 z niebieską nakrętką do bezpiecznego przechowywania odczynników laboratoryjnych, dostępna w pojemnościach od 100 mL do 20000 mL z gwintowaną uszczelką. Zobacz produkt →

Praktyczne uwagi do pracy ze szkłem 3.3

Kilka nawyków sprawia, że szkło 3.3 będzie służyć latami, a nie miesiącami:

1. Jeśli to możliwe, zmontuj szlifowane złącza w sposób czysty i suchy. Jeśli zawór odcinający wymaga smarowania, użyj tulei PTFE lub niewielkiej ilości smaru silikonowego, a następnie wyczyść go.
2. Kolby wieloszyjne i ciężkie skraplacze należy podeprzeć zaciskami umieszczonymi nad złączem. Szkło nigdy nie powinno przenosić własnego ciężaru pod kątem.
3. Uszczelnij złącza, delikatnie obracając je, a nie używając siły. Zatarty stożek zwykle zaczyna się od wygiętego, brudnego lub nadmiernie dokręconego złącza.
4. Ogrzewać powoli za pomocą płaszcza, łaźni olejowej lub bloku grzejnego. Unikaj bezpośredniego płomienia i nigdy nie przykładaj lokalnego ciepła do cienkiego miejsca lub naprawianego obszaru.
5. Stopniowo schładzaj. Płukanie kolby prosto z kąpieli o temperaturze 200°C pod zimną wodą jest najczęstszą przyczyną niewyjaśnionego stłuczenia.
6. Obserwuj różnice temperatur, a nie temperatury bezwzględne. szkło 3.3 wygodnie znosi temperaturę 300°C; sprzeciwia się gradientowi 150 K na kilku centymetrach ściany.
7. Przed przystąpieniem do jakichkolwiek prac związanych z odkurzaniem sprawdź felgi i przeguby pod kątem drobnych pęknięć. Próżniowe wyroby szklane magazynują zaskakującą ilość energii.

Wybór szkła 3.3 odpowiedniego do Twojej pracy

Porównując katalogi, pytaj o rozszerzenie, a nie o słowo „borokrzemian”. Szkło neutralne i inne materiały o wysokiej rozszerzalności są czasami określane luźno jako borokrzemowe, ale zachowują się zupełnie inaczej na płycie grzejnej. Oprócz materiału sprawdź wymiary złączy w stosunku do posiadanych już wyrobów szklanych, grubość ścianek pod kątem spodziewanego obciążenia termicznego oraz czy przyrządy pomiarowe mają oznaczenie klasy A.

Shanghai Heqi Glassware produkuje standardowe szlifowane szkło łączone od 2002 roku, dysponując własnymi warsztatami zajmującymi się szkłem, obróbką metali i montażem. Dostarczamy zarówno własne elementy, jak i instrumenty innych producentów, dzięki czemu laboratorium może zbudować kompletny zestaw w jednym zamówieniu. Jeśli nie masz pewności, czy dana kolba lub butelka jest oryginalna w wersji 3.3, chętnie omówimy z Tobą specyfikację przed zakupem.

Nawet zwykła zlewka o niskim kształcie korzysta z tej samej dyscypliny. Zlewka 3,3 z grubą ścianką i płaską podstawą równomiernie nagrzewa się na płycie grzejnej, wytrzymuje szybkie przeniesienie na zimny stół i pozwala oglądać rozwiązanie bez nadwyrężania oczu.

Niska zlewka ze szkła borokrzemianowego do chemii laboratoryjnej Niska zlewka borokrzemianowa 3.3 umożliwiająca równomierne podgrzewanie i wyraźną obserwację reakcji, z dziobkiem do nalewania i płaską podstawą do mieszania. Zobacz produkt →

Szkło borokrzemowe 3.3 to jeden z niewielu standardów laboratoryjnych, który pozostaje niezmieniony od dziesięcioleci i o to właśnie chodzi w stabilności. Liczba informuje o rozszerzalności, rozszerzalność informuje o zachowaniu termicznym, a norma mówi, że złącze jednego producenta będzie nadal pasować do skraplacza innego producenta. Wybierz swoje szkło zgodnie z tymi zasadami, delikatnie traktuj złącza, trzymaj z dala od nich gorące kąpiele alkaliczne, a będą one służyć na Twoim stole przez bardzo długi czas.