Borosilikátové sklo 3.3: Vlastnosti, složení, tepelný šok a laboratorní aplikace

Vejděte do téměř každé fungující chemické laboratoře a sklo na lavici tiše sdílí jednu specifikaci: borosilikátové sklo 3.3. Číslo není značka, stupeň srozumitelnosti nebo marketingové označení. Jedná se o označení materiálu spojené s jedinou fyzikální vlastností, koeficientem střední lineární roztažnosti, a předpovídá mnohé o tom, jak se baňka, chladič, láhev nebo reaktor chová, když je ohřívána, chlazena, evakuována nebo naplněna agresivní chemií. Pochopení, odkud 3.3 pochází, znamená volbu borosilikátové laboratorní sklo 3.3 daleko menší odhad.

Co vlastně znamená 3.3 v borosilikátovém skle 3.3

Borosilikátové sklo 3.3 je definováno svým koeficientem střední lineární roztažnosti: asi 3,3 × 10-6 na kelvin, měřeno mezi 20 a 300 °C. Toto číslo je zapsáno v ISO 3585, normě, která popisuje vlastnosti této rodiny skel, a to je důvod, proč se materiál obvykle nazývá jednoduše „3,3“ místo toho, aby dostal vlastní název. Norma povoluje toleranci zhruba plus minus 0,1 × 10-6 na kelvin, což je důvod, proč výrobky od různých výrobců zůstávají rozměrově a tepelně zaměnitelné.

Nízká expanze pochází ze složení. Typické sklo 3,3 obsahuje zhruba 81 % oxidu křemičitého (SiO2), asi 13 % oxidu boritého (B2O3), asi 4 % oxidu sodného (Na2O) a několik procent oxidu hlinitého (Al2O3) spolu s malým množstvím oxidu draselného. Bór je klíčovým doplňkem: vstupuje do sítě oxidu křemičitého a omezuje, jak moc se struktura natahuje, když je zahřátá. Pokud byste chtěli chemii podrobněji, naše poznámka na složení borosilikátového skla a číslo 3,3 prochází oxidy jeden po druhém.

Protože složení i roztažnost jsou standardizované, sklo 3.3 splňuje několik klasifikací najednou. Odpovídá borosilikátovému sklu typu I podle USP, třídě A ASTM E438 typu I a materiálu označenému jako borosilikátové sklo 3.3 v normě DIN ISO 3585. Pro laboratoř je toto překrývání spíše praktické než akademické: znamená to odměrná baňka zakoupená pro lékopisnou práci a reakční baňka zakoupená pro syntézní stolici a mohou mít stejný tepelný základní materiál.

Klíčové vlastnosti na první pohled

Níže uvedená tabulka shromažďuje čísla, která jsou nejdůležitější, když plánujete experiment, píšete metodu nebo kontrolujete, zda tvrzení dodavatele platí.

Odolnost proti tepelnému šoku a proč na čísle záleží

Jak dobře sklo přežije náhlou změnu teploty, závisí především na jeho koeficientu roztažnosti, protože roztažnost vytváří vnitřní napětí, když je jedna část nádoby teplejší než druhá. Borosilikát 3.3 se zhruba třetinovou roztažností sodnovápenatého skla snáší rozdíly, které by běžné nápojové sklo popraskaly. V každodenním měřítku může tenkostěnná 3,3 nádoba obvykle provést skokovou změnu asi 100 až 120 K, zatímco sodnovápenaté sklo podobné tloušťky může selhat při 40 K nebo méně.

Kde jednoduché číslo přestává být jednoduché

Tloušťka stěny a geometrie jsou důležité stejně jako samotný koeficient. Teplo prochází sklem pomalu, takže tlustá stěna vyvíjí větší vnitřní gradienty než tenká. Náhlé přechody, jako je setkání těžké základny s tenkou boční stěnou nebo spoj tavený při vysoké teplotě, koncentrují napětí. To je důvod, proč se dvě baňky vyrobené ze stejné 3.3 hadičky mohou chovat velmi odlišně, když se jedna vypláchne pod studenou tekoucí vodou a druhá se nechá vychladnout na vzduchu.

Většina rozbití připisovaných „špatnému sklu“ je ve skutečnosti problém s manipulací: zahřívání jedné strany baňky holým plamenem, nalévání studeného rozpouštědla do horké nádoby, sevření spoje při ohybovém zatížení nebo vytlačení broušeného kužele, který nabral písek. Žíhání v továrně jednou odstraní výrobní napětí; jemné zacházení na lavičce ji udrží odstraněnou.

Chemická odolnost a její meze

Borosilikát 3.3 je klasifikován jako vysoce odolné sklo podle ISO 719 a ISO 720 a splňuje požadavky na odolnost vůči kyselinám ISO 1776. Odolává vodě, zředěným a koncentrovaným kyselinám, solným roztokům a většině organických rozpouštědel bez měřitelného napadení, proto se používá pro skladování činidel, objemová měření, chromatografické kolony a jemné chemické reaktory ve farmaceutických systémech.

Existují dobře známé výjimky a jejich ignorování je drahé:

• Kyselina fluorovodíková a jakákoliv směs obsahující fluor rychle napadá síť oxidu křemičitého a nikdy by se neměla skladovat ani manipulovat ve skle.
• Horká koncentrovaná kyselina fosforečná a horká koncentrovaná alkálie, jako je hydroxid sodný nebo draselný, rozpouštějí sklo pomalu, ale stabilně.
• Alkalické roztoky ponechané měsíce stát v láhvi vyluhují sodík z povrchu a zanechávají zakalený, leptaný film.
• Opakované horké alkalické cykly myčky zamlžují povrch objemového nádobí a mohou ovlivnit jemné vrtání byret a pipet.

Pro běžné čištění jsou neutrální nebo mírně kyselé čisticí prostředky s následným opláchnutím destilovanou vodou šetrnější než silně alkalické lázně, zejména u měřicího zboží třídy A, kde stav povrchu ovlivňuje přesnost.

Kde se v laboratoři používá borosilikátové sklo 3.3

Protože tento materiál kombinuje tepelnou stabilitu, chemickou inertnost a optickou čistotu, objeví se téměř všude v pracovní laboratoři:

• Reakční práce: jednohrdlé a vícehrdlé baňky s kulatým dnem, opláštěné reakční baňky, stolní reaktory a větší poloprovozní nádoby s odpovídajícími víčky a míchacími adaptéry.
• Reflux a kondenzace: Liebig, Allihn, Graham a vzduchové kondenzátory, studené prsty a kompletní refluxní sestavy.
• Destilace a odpařování: destilační hlavy, frakcionační kolony, náplně, vakuové odběrové adaptéry, baňky proti rozstřiku a součásti rotačních odparek.
• Filtrace: nálevky a kelímky ze slinutého skla, filtrační baňky a plně vakuové filtrační sestavy.
• Skladování a manipulace: lahvičky s reagenciemi se šroubovacím uzávěrem, lahvičky na vzorky, exsikátory, lahve na promývání plynu a zásobníky na rozpouštědla.
• Měření a analýza: odměrné baňky, byrety, odměrné pipety, odměrné válce, chromatografické kolony, TLC vyvíjecí tanky a NMR zkumavky.
• Procesní a poloprovozní měřítko: systémy skleněných reaktorů, přenosové linky a průhledítka pro závody manipulující s korozivními médii.

Pokud se vaše práce soustředí na syntézu, je tříhrdlá baňka s kulatým dnem ze skla třídy A 3.3 tím kouskem, po kterém budete sahat nejčastěji. Přijímá současně míchadlo, teploměr nebo dávkovací nálevku a kondenzátor a standardní kužely jej udržují zaměnitelné se vším ostatním v kloubovém systému.

Tříhrdlá baňka s kulatým dnem třídy A pro laboratorní syntézu Tříhrdlá baňka s kulatým dnem třídy A pro organickou syntézu a řízený ohřev, dostupná ve velikostech od 50 ml do 2000 ml se standardními spoji. Zobrazit produkt →

Na skladovací straně je lahvička na činidlo s modrým uzávěrem z borosilikátového skla s vysokým obsahem 3,3 litru, která je tichým pracantem police: šroubovací uzávěr těsní bez mastnoty, stěna je dostatečně silná pro každodenní manipulaci a materiál odstraňuje kyseliny a rozpouštědla, které jsou nejčastěji na dosah.

Závitová lahvička na činidlo s modrým uzávěrem v 3,3 borosilikátovém skle Láhev na borosilikátové činidlo 3.3 s modrým uzávěrem pro bezpečné skladování laboratorních činidel, k dispozici od 100 ml do 20 000 ml se závitovým těsněním. Zobrazit produkt →

Praktické poznámky pro práci se sklem 3.3

Několik zvyků udrží sklo 3.3 v provozu roky, nikoli měsíce:

1. Sestavte broušené spáry čisté a suché, kde je to možné. Pokud je třeba uzavírací kohout namazat, použijte PTFE manžety nebo jemný dotek silikonového maziva a poté jej vyčistěte.
2. Vícehrdlé baňky a těžké kondenzátory podepřete svorkami umístěnými nad spojem. Sklo by nikdy nemělo nést vlastní váhu pod úhlem.
3. Spoje utěsněte spíše jemným otáčením než silou. Zadřený kužel obvykle začíná ohnutým, špinavým nebo příliš utaženým spojem.
4. Pomalu zahřívejte pomocí pláště, olejové lázně nebo topného bloku. Vyhněte se přímému plameni a nikdy neaplikujte místní teplo na tenké místo nebo opravované místo.
5. Ochlaďte postupně. Oplachování baňky přímo z 200 °C lázně pod studenou vodou je nejčastější příčinou nevysvětlitelného rozbití.
6. Sledujte spíše teplotní rozdíly než absolutní teploty. 3.3 sklo pohodlně zvládá 300 °C; namítá proti gradientu 150 K přes několik centimetrů stěny.
7. Před jakoukoli vakuovou prací zkontrolujte ráfky a spoje, zda nemají jemné praskliny. Vakuované sklo uchovává překvapivé množství energie.

Výběr 3.3 skla, které se hodí k vaší práci

Když porovnáváte katalogy, zeptejte se spíše na číslo rozšíření než na slovo „borosilikát“. Neutrální sklo a další materiály s vysokou roztažností jsou někdy volně popisovány jako borosilikátové, přesto se na plotýnce chovají zcela odlišně. Kromě materiálu zkontrolujte velikosti spojů se sklem, které již vlastníte, tloušťku stěny pro očekávané tepelné zatížení a zda měřící zboží nese označení třídy A.

Shanghai Heqi Glassware vyrábí standardní broušené sklo od roku 2002 s vlastními sklářskými, kovoobráběcími a montážními dílnami a dodáváme jak vlastní kusy, tak nástroje jiných výrobců, takže laboratoř dokáže postavit kompletní sestavu v jedné zakázce. Pokud si nejste jisti, zda je konkrétní baňka nebo láhev pravá 3.3, rádi s vámi před nákupem probereme specifikaci.

Dokonce i obyčejná kádinka nízkého tvaru těží ze stejné disciplíny. Kádinka 3,3 se silnou stěnou a plochým dnem se rovnoměrně zahřívá na plotýnce, přežije rychlý přesun na studenou lavici a umožní vám sledovat řešení, aniž byste namáhali oči.

Nízkoformní borosilikátová skleněná kádinka pro laboratorní chemii Nízká borosilikátová kádinka 3,3 pro rovnoměrné zahřívání a jasné pozorování reakcí s nalévacím hrdlem a plochým dnem pro míchání. Zobrazit produkt →

Borosilikátové sklo 3.3 je jedním z mála laboratorních standardů, které zůstaly nezměněny po celá desetiletí, a právě o stabilitě jde. Číslo vám říká expanze, expanze vám říká tepelné chování a norma vám říká, že spoj od jednoho výrobce se stále hodí pro kondenzátor od jiného výrobce. Vybírejte své sklo za těchto podmínek, zacházejte s klouby šetrně, udržujte od nich horké alkalické lázně a na vašem stole bude fungovat velmi dlouho.