แก้ว
แก้ว เป็นของแข็งอสัณฐาน (ไม่มีผลึก) เนื่องจากแก้วมักโปร่งใสและมีความเฉื่อยทางเคมี จึงถูกนำไปใช้ประโยชน์อย่างแพร่หลายทั้งในด้านการใช้งานทั่วไป เทคโนโลยี และการตกแต่ง เช่น หน้าต่าง ภาชนะบนโต๊ะอาหาร และทัศนศาสตร์ สิ่งของทั่วไปบางชนิดที่ทำจากแก้วมีชื่อเรียกตามวัสดุที่ใช้ เช่น "แก้วน้ำ" สำหรับดื่มน้ำ "แว่นตา" สำหรับแก้ไขการมองเห็น และ "แว่นขยาย" แก้วส่วนใหญ่เกิดจากการทำให้วัสดุในสภาพหลอมเหลวเย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว (การชุบเย็น) แก้วบางชนิด เช่น แก้วภูเขาไฟ สามารถเกิดขึ้นได้ตามธรรมชาติ และออบซิเดียนถูกนำมาใช้ทำหัวลูกศรและมีดมาตั้งแต่ยุคหิน หลักฐานทางโบราณคดีบ่งชี้ว่าการผลิตแก้วมีมาตั้งแต่อย่างน้อย 3600 ปีก่อนคริสตกาลในเมโสโปเตเมีย อียิปต์ หรือซีเรีย วัตถุแก้วที่เก่าแก่ที่สุดเท่าที่ทราบคือลูกปัด ซึ่งอาจเกิดขึ้นโดยบังเอิญระหว่างงานโลหะหรือการผลิตไฟแอนซ์ ซึ่งเป็นเครื่องปั้นดินเผาชนิดหนึ่งที่ใช้สารเคลือบตะกั่ว[1] เนื่องจากแก้วสามารถขึ้นรูปเป็นรูปทรงต่าง ๆ ได้ง่าย จึงมีการนำมาใช้ทำภาชนะมาแต่เดิม เช่น ชาม แจกัน ขวด โหล และแก้วน้ำ แก้วโซดาไลม์ซึ่งมีซิลิกาประมาณร้อยละ 70 คิดเป็นประมาณร้อยละ 90 ของแก้วที่ผลิตในปัจจุบัน แก้วสามารถทำให้มีสีได้โดยการเติมเกลือของโลหะ หรือสามารถเขียนสีและพิมพ์ด้วยเคลือบแก้ว ทำให้มีการนำแก้วไปใช้ในกระจกสีและงานศิลปะแก้วประเภทอื่น ๆ
สมบัติด้านการหักเหของแสง การสะท้อน และการส่งผ่านของแก้ว ทำให้แก้วเหมาะสำหรับการผลิตเลนส์ ปริซึม และวัสดุออปโตอิเล็กทรอนิกส์ ใยแก้วที่ผลิตโดยการอัดรีดสามารถนำไปใช้เป็นใยแก้วนำแสงในเครือข่ายการสื่อสาร ใช้เป็นวัสดุฉนวนความร้อนเมื่อทำให้อยู่ในรูปใยแก้วฉนวนเพื่อกักอากาศ หรือใช้ในพลาสติกเสริมใยแก้ว (ไฟเบอร์กลาส)
โครงสร้างระดับจุลภาค
[แก้]
นิยามมาตรฐานของแก้ว (หรือของแข็งเนื้อแก้ว) คือ ของแข็งไม่มีผลึกที่เกิดจากการทำให้สารหลอมเหลวเย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว[2][3][4][5] อย่างไรก็ตาม คำว่า "แก้ว" มักมีการนิยามในความหมายที่กว้างขึ้น โดยหมายถึงของแข็งไม่มีผลึก (อสัณฐาน) ใด ๆ ที่แสดงการเปลี่ยนสถานะแก้วเมื่อได้รับความร้อนจนมีอุณหภูมิเข้าใกล้สถานะของเหลว[5][6]
เนื้อแก้วบริสุทธิ์นั้นจะโปร่งใส ผิวค่อนข้างแข็ง ยากแก่การกัดกร่อน เฉื่อยต่อปฏิกิริยาทางเคมีและชีวภาพ ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่ทำให้แก้วนั้นมีประโยชน์ใช้งานอย่างกว้างขวาง อย่างไรก็ตามแก้วนั้นถึงแม้จะแข็ง แต่ก็เปราะแตกหักง่าย และมีรอยแตกที่ละเอียดคม คุณสมบัติของแก้วนี้สามารถเปลี่ยนแปลงได้ง่ายด้วยการผสมสารอื่นลงในเนื้อแก้ว หรือการปรับสภาพด้วยการใช้ความร้อน
แก้วโดยทั่วไปนั้นทำจากซิลิกอนไดออกไซด์ (SiO2-silicon dioxide) ซึ่งอาจอยู่ในรูปของสารประกอบทางเคมีในแร่ควอตซ์ (quartz) หรือในรูป polycrystalline ของทราย ซิลิกาบริสุทธิ์มีจุดหลอมเหลวที่ 2000 °C (3632 °F) เพื่อความสะดวกในกระบวนการผลิต จะมีการผสมสาร 2 ชนิดลงไปด้วย ชนิดแรกคือโซดาแอช (Soda Ash) ซึ่งมีองค์ประกอบหลักคือ โซเดียมคาร์บอเนต (sodium carbonate-Na2CO3) หรือสารประกอบโพแทสเซียม เช่น โพแทสเซียมคาร์บอเนต เพื่อช่วยให้อุณหภูมิในการหลอมเหลวนั้นต่ำลงอยู่ที่ประมาณ 1000~1500 °C แต่อย่างไรก็ตามสารนี้จะส่งผลข้างเคียงทำให้แก้วนั้นละลายน้ำได้ จึงต้องมีการเติมสารอีกชนิด คือ หินปูน ซึ่งมีองค์ประกอบหลักคือ แคลเซียมคาร์บอเนต (calcium carbonate-CaCO3) (เมื่ออยู่ในเนื้อแก้ว จะกลายเป็นแคลเซียมออกไซด์; calcium oxide-CaO) เพื่อทำให้แก้วนั้นไม่ละลายน้ำ
องค์ประกอบของแก้วที่ใช้ทำภาชนะใช้งานโดยทั่วไป เช่น แก้วน้ำ หรือกระจกใส จะมีองค์ประกอบแต่ละตัวโดยประมาณดังนี้
SiO2 70%
Na2O 15%
CaO 8%
และองค์ประกอบอื่น ๆ อีกเล็กน้อย เช่น MgO, Al2O3, K2O เป็นต้น
อาจมีแก้วพิเศษชนิดอื่น ซึ่งเกิดจากการเติมวัตถุดิบอื่น ๆ ลงไป เพื่อช่วยปรับคุณสมบัติของแก้ว เช่น
- เติมตะกั่ว (จากวัตถุดิบเช่น ลิธาจ; Litharge) และกลายเป็น PbO ในเนื้อแก้ว เพื่อให้แก้วหนักขึ้น เนื้อแก้วหยุ่นเหนียวและแวววาว ซึ่งเรียกโดยทั่วไปว่าแก้วคริสตัล
- เติมแบเรียมและสังกะสี (BaO, ZnO) เพื่อช่วยทำให้แก้วมีลักษณะคล้ายแก้วคริสตัลโดยไม่ใช้ตะกั่วเป็นต้น
อ้างอิง
[แก้]
- ↑ "All About Glass". [www.cmog.org](http://www.cmog.org).
{{cite web}}: ข้อความ "Corning Museum of Glass" ถูกละเว้น (วิธีใช้) - ↑ ASTM definition of glass from 1945
- ↑ Zallen, R. (1983). The Physics of Amorphous Solids. New York: John Wiley. น. 1–32. ISBN 978-0-471-01968-8.
- ↑ Cusack, N.E. (1987). The physics of structurally disordered matter: an introduction. Adam Hilger in association with the University of Sussex press. น. 13. ISBN 978-0-85274-829-9.
- 1 2 Scholze, Horst (1991). Glass – Nature, Structure, and Properties. Springer. น. 3–5. ISBN 978-0-387-97396-8.
- ↑ Elliot, S.R. (1984). Physics of Amorphous Materials. Longman group ltd. น. 1–52. ISBN 0-582-44636-8.