זכוכית בורוסיליקט

כוס כימית למעבדה עשויה פיירקס

זכוכיות בורוסיליקטיות הן זכוכיות המכילות בורון ומשמשות לייצור כלי בית, כלי מעבדה ורכיבים אופטיים (כדוגמת עדשות). יתרונן של זכוכיות אלו הוא ביציבותן לחום ובעמידותן המכנית והכימית. הידועה שבהן נקראת פיירקס (Corning 7740) ומיוצרת על ידי חברת "קורנינג". זכוכית בורו-סיליקאט פותחה בסוף המאה ה19 ע"י היצרן הגרמני Otto Schott ושווקה בשם במסחרי Duran . ב1915 החלה חברת קורנינג לייצר זכוכיות בורוסילקאט בשם המסחרי פיירקס שהפך למילה נרדפת לזכוכיות אלו בארצות דוברות אנגלית.

הרכב

בנוסף לסיליקה (צורן דו חמצני) ולתחמוצות נתרן, אשלגן וסידן (המרכיבים של זכוכיות Soda Lime רגילות) מכילה הזכוכית גם תחמוצת בורון, B₂O₃.

טווח הריכוזים המשקליים בזכוכיות בורוסיליקט

• 4-8% תחמוצות מתכות אלקליות: Na₂O ו K₂O
• 2-7% תחמוצת אלומיניום Al₂O₃
• עד 5% תחמוצת מתכת אלקלית עפרורית CaO או MgO
• 70-80% סיליקה SiO₂
• 7-13% תחמוצת בורון B₂O₃

פיירקס

פיירקס היא זכוכית הבורוסיליקט הידועה ביותר. הרכבה (באחוזי משקל):

מרכיב	אחוז משקלי
SiO2 סיליקה	80.5%
Al2O3 אלומינה	2.2%
B2O3 בורון אוקסיד	12.9%
%Na2O תחמוצת נתרן	3.8%
K2O	0.4%
CaO תחמוצת סידן	0.10%
MgO	0.05%
Fe2O3	0.04%

תכונות

• הכנסת בורון כ-network former לרשת הטטראדרות היוצרות את הזכוכית גורמת לירידה במקדם ההתפשטות התרמי

מקדם ההתפשטות התרמי בפיירקס הוא ‎3.3×10^-6‎ בלבד בהשוואה ל-‎9-10×10^-6‎ בזכוכיות רגילות, תכונה זו הופכת זכוכית בורוסיליקטית מתאימה לכלי בישול, לגופי תאורה וכן לייצור מראות טלסקופ ועדשות, שצורתן צריכה להישאר קבועה למרות טמפרטורת סביבה משתנה.

• תכולה נמוכה של מתכות אלקליות מעניקה לזכוכית בורוסיליקט יציבות כימית מוגברת בהשוואה לזכוכיות Soda Lime (המכילות כ 15% תחמוצות של מתכות אלקליות). קטיונים של נתרן ואשלגן הם network modifiers - אינם קשורים קוולנטית לרשת הטטראדרות היוצרת את הזכוכית אלא קשורים יונית לחמצנים בלתי מגשרים ויכולים לעבור דיפוזיה או לדלוף מהזכוכית (חילוף יונים) לתמיסות.
• צפיפות: 2.23 גרם/סמ"ק (פיירקס)
• מבחינה אופטית, זכוכיות בורוסיליקט הן זכוכיות crown: בעלות מקדם שבירה נמוך, 1.51-1.54 בתחום הנראה ובעלות נפיצה נמוכה - מספר Abbe בסביבות 65. אחת מזכוכיות הבורוסיליקט שנפוצה מאוד ביישומים אופטיים היא BK7, שבאורך גל 587.6nm מקדם השבירה שלה n_d = 1.5168 ומספר Abbe הוא Vd = 64.17 .
• Annealing point, כלומר הטמפרטורה בה משתחררים במהירות מאמצים ש"הוקפאו" בזכוכית עבור פיירקס היא 565°C לעומת 545°C בזכוכית רגילה (Soda Lime) וה Softening point כלומר הטמפרטורה בה הזכוכית תזרום בהשפעת מאמץ חיצוני היא 820°C בהשוואה ל 735°C בזכוכית רגילה.

יישומים

• כלי מעבדה
• כלי בישול
• צנרת של מים מזוקקים
• ציפוי גופי חימום לאקווריום (נדרשת עמידות תרמית בשל הפרשי הטמפרטורות בין גוף החימום הפנימי למי האקווריום)
• יישומים אופטיים
  • מראות טלסקופ
  • עדשות לפנסים
• באנגים (מקטרות מים) למריחואנה (בשל העמידות התרמית הגבוהה)

ראו גם

• ULE