Thử tưởng tượng nếu cuộc sống mất đi thủy tinh cũng như các vật liệu liên quan đến nó thì sẽ như thế nào? Dẫu thủy tinh là gì nhưng nếu không có nó, cuộc sống của chúng ta sẽ trở nên khó khăn
Thật vậy, không có thủy tinh, thực phẩm sẽ dễ hư hỏng hơn. Trái đất này sẽ chìm ngập trong rác thải nhựa, loại vật liệu tàn phế môi trường nặng nề nhất. Điều đó thật kinh khủng. Như vậy có thể thấy rằng thủy tinh có vai trò vô cùng quan trọng trong đời sống hiện tại cũng như tương lai sau này. Và có lẽ còn nhiều điều về thủy tinh mà bạn chưa biết. Vậy thì những thông tin dưới đây được viết ra là dành cho bạn.
1. Thủy tinh là gì? Thủy tinh làm từ gì?
Thủy tinh là tên gọi của một loại chất rắn vô định hình đồng nhất. Khi đốt nóng ở nhiệt độ cao, chúng trở nên lỏng hơn. Nhờ đó người sản xuất dễ tạo hình như mong muốn như ly, cốc và chén, dĩa thủy tinh.
Thủy tinh được làm từ gì? Nguyên liệu chính để làm ra thủy tinh là cát thủy tinh silicat. Trong khoa học, silicat có công thức hoá học là điôxít silic [SiO2]. Dạng này có thể tìm thấy trong các dạng đa tinh thể như cát và cũng là thành phần hóa học của thạch anh.
Silicát có điểm nóng chảy trong khoảng từ 1000 – 2.000 °C. Vì nhiệt độ này khá cao nên đòi hỏi thời gian nung chảy lâu, cũng như tiêu hao nhiều nguyên liệu.
Chính vì thế, trong giai đoạn nung nóng, thường có cho thêm sô đa [cacbonat natri Na2CO3], hay bồ tạt [tức cacbonat kali K2CO3] vào để giảm nhiệt độ xuống chỉ còn 1000 °C.
Tuy nhiên, Na2CO3 lại làm cho thủy tinh bị hòa tan trong nước. Để khắc phục tình trạng không mong muốn này, người ta đã cho thêm vôi sống [ôxít canxi, CaO] vào hỗn hợp nguyên liệu để phục hồi tính không hòa tan.
Chế tạo thủy tinh
2. Công thức hóa học của thủy tinh
Loại thủy tinh mà chúng ta thấy ngày nay là hỗn hợp của natri silicat, canxi silicat và silic đioxit. Thành phần hóa học gần đúng được viết dưới dạng các oxit: Na2O.CaO.6SiO2.
Khi đun nóng hỗn hợp trên, chúng mềm dần rồi mới chảy nên có thể tạo ra những đồ vật và dụng cụ có hình dạng như ý muốn.
Tìm hiểu thêm: Thủy tinh
3. Tính chất của thủy tinh
Thủy tinh là gì? Đó là chất rắn không màu, trong suốt, không gỉ, tương đối cứng nhưng chúng lại rất dễ vỡ khi rơi từ độ cao xuống thấp.
Tính chất của thủy tinh không cháy, không hút ẩm, không bị ăn mòn với nhiều loại axit mạnh khác nhau, ngoại trừ axit hidro florua [ HF]
Ngoài ra, còn có những thủy tinh còn được biết đến với những đặc tính vượt trội như sau.
3.1. Khả năng truyền sáng của thủy tinh
Một trong những đặc trưng rõ nét nhất của loại vật liệu này là nó trong suốt đối với ánh sáng nhìn thấy. Mặc dù không phải tất cả các loại thủy tinh đều có tính chất như vậy do còn phụ thuộc vào tạp chất. Độ truyền sáng trong vùng bức xạ tử ngoại và hồng ngoại thay đổi tùy theo việc lựa chọn tạp chất.
a. Ánh sáng nhìn thấy
Dưới ánh sáng nhìn thấy, thủy tinh có tính trong suốt là do sự vắng mặt của trạng thái chuyển tiếp của các điện tử trong khoảng bước sóng của ánh sáng nhìn thấy.
b. Tử ngoại
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 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 loại thường. Có thể pha thêm xêri vào để tăng việc hấp thụ tia cực tím [các bức xạ ion hóa nguy hiểm về mặt sinh học].
c. Hồng ngoại
Thủy tinh vẫn giữ được đặc tính trong suốt ở bước sóng hồng ngoại trong các sợi cáp quang. Một lượng lớn sắt được sử dụng trong thủy tinh có khả năng hấp thụ nhiệt, chẳng hạn như các tấm lọc hấp thụ nhiệt dành cho máy chiếu phim.
3.2. Chiết suất
Chiết suất của thủy tinh rất dễ thay đổi khi có các thành phần khác thêm vào. Thủy tinh có chứa chì, chẳng hạn như chì tinh thể, có khả năng làm tăng chiết suất và có độ lấp lánh. Việc bổ sung bari cũng góp phần vào việc tăng chiết suất. Oxit thori cho thủy tinh có hệ số chiết suất rất cao và nó được sử dụng để sản xuất các lăng kính.
3.3. Nhiệt độ nóng chảy của thủy tinh
Như mọi chất rắn vô định hình khác, nhiệt độ nóng chảy của thủy tinh từ 1000 đến 2000 độ C . Nếu nung nấu nhiệt độ cao trong thời gian dài sẽ làm tăng chi phí, do đó nhà sản xuất thường cho Natri vào để hạ nhiệt độ nóng chảy xuống. Sự bổ sung soda [cacbonat natri Na2CO3], hay bồ tạt [tức cacbonat kali K2CO3]. đôi khi còn hạ nhiệt độ nóng chảy xuống thấp hơn.
3.4. Thủy tinh có dẫn điện, dẫn nhiệt không?
Thủy tinh là chất cách điện tốt nhất vì nó có điện trở suất cao. Thế nên, câu trả lời ở đây là nó hoàn toàn không có khả năng dẫn điện. Còn thủy tinh có dẫn nhiệt không? Thực tế chúng không có năng dẫn nhiệt.
3.5. Khối lượng riêng của thủy tinh
Thủy tinh có khối lượng riêng là 25000 N/m3
4. Các loại thủy tinh phổ biến hiện nay
Sự kết hợp nhiều nguyên liệu khác nhau về thành phần hóa học, phương pháp sản xuất chính là nguyên nhân tạo nên nhiều loại thủy tinh với tính chất, cấu tạo khác biệt. Dựa vào đó phân thành 6 loại phổ biến ngày nay.
4.1. Thủy tinh Soda Lime [thủy tinh thông thường]
Đây là loại thủy tinh được dùng nhiều nhất trong đời sống sinh hoạt của mọi người hiện nay. Chiếm 90% các sản phẩm thủy tinh dân dụng,như chén, đĩa thủy tinh, kính cửa sổ hay dùng để làm ly, hũ đựng đồ uống. Các loại Soda lime được biết đến là một hóa chất được sản xuất từ hỗn hợp SiO2, Na2O, Na2O và CuO với chất MgO và Al2O3. Thành phần của loại này có 60 – 75% silica, 12 – 18% soda và lime chiếm 5 – 12%.
Sở dĩ soda lime trở nên thông dụng nhất là bởi vì nó có mức giá dễ chịu, dễ mua, phù hợp với điều kiện kinh tế của nhiều gia đình.
Các loại thủy tinh soda lime có ưu điểm là dễ chùi rửa và ít bám mùi. Tuy nhiên, khả năng chịu nhiệt của soda lime kém nên không thể sử dụng trong việc nấu nướng.
Thủy tinh thường
4.2. Pha lê [thủy tinh chì]
Pha lê
Hẳn là bạn đã từng nghe đến pha lê? Nhưng có thể bạn chưa biết. Pha lê chính là một loại thủy tinh có chỉ số oxit chì[Pb2O3] cao hơn nhiều loại khác. Thủy tinh pha lê thường chứa từ 12 – 28% chì, nhưng đôi lúc có thể chứa tới 33% chì.Hàm lượng chì càng cao thì pha lê càng lấp lánh.
Thực tế, chì gây độc cho cơ thể con người. Nên loại này không được sử dụng và phục vụ nhiều trong ăn uống. Nhưng nhờ khả năng cách điện tuyệt vời nên được ứng dụng làm nhiệt kế và đồ vật trang trí.
Loại vật liệu này không chịu được sự thay đổi đột ngột của nhiệt độ.
4.3. Thủy tinh Borosilicate là gì?
Thủy tinh Borosilicate được điều chế bằng cách kết hợp và nung chảy hợp chất oxit boric, cát silic, tro soda và alumina với nhau. Trong đó, oxit boric phải chiếm ít nhất 5%.
Đây là một trong những loại thủy tinh có khả năng chịu nhiệt tốt và chống ăn mòn cao. Có thể đun sôi trực tiếp trên bếp. Hoặc dùng để đựng đồ dùng còn đang ở nhiệt độc cao. Thuỷ tinh Borosilicate là một trong những loại vật dụng cho được vào lò vi sóng một cách an toàn. Hơn nữa, có thể rửa ngay với nước lạnh mà không sợ bị nứt bể do việc tăng giảm nhiệt độ đột ngột, nên thủy tinh Borosilicate có tính ứng dụng rất cao trong mọi lĩnh vực đời sống thường ngày.
Đường ống dẫn, bóng đèn, đèn chùm hay đồ dùng trong phòng thí nghiệm,…là những ví dụ của thủy tinh Borosilicate.
Thủy tinh Borosilicate
4.4. Thủy tinh Aluminosilicate [kính an toàn]
So với loại thủy tinh thông thường, thì với thủy tinh Aluminosilicate có thành phần nhôm oxit [Al2O3] cao hơn.
Tương tự như loại thủy tinh Borosilicate, loại kính an toàn này có khả năng chống chịu nhiệt tốt hơn và có độ bền hóa học cao. So với Borosilicate, Aluminosilicate khó chế tạo hơn. Khi được phủ một lớp phim dẫn điện, thủy tinh Aluminosilicate được sử dụng làm điện trở cho mạch điện tử. Bên cạnh đó, loại thủy tinh này còn được sử dụng để làm kính chắn, kính bảo vệ. Và kính cường lực dùng cho điện thoại cũng được làm từ vật liệu thủy tinh này.
Kính cường lực
4.5. Gốm thủy tinh [thủy tinh Pyroceram]
Gốm thủy tinh
Sự kết hợp giữa thủy tinh và gốm đã tạo ra loại thủy tinh này. Gốm thủy tinh có tính ứng dụng cao và được bày bán rất rộng rãi trên thị trường nhờ có tính cường lực, chịu nhiệt độ cao và chịu sốc nhiệt tốt. Chúng ta thường thấy loại gốm thủy tinh xuất hiện ở những sản phẩm gia dụng như chén, bát, nồi, chảo,…
4.6. Thủy tinh thuần silicon dioxide [SiO2] [thủy tinh thạch anh]
Đây chính là loại thủy tinh có giá trị nhất hiện nay. Lúc này, SiO2 ở dạng tinh khiết nhất, ít lẫn tạp chất. Và đặc biệt khó chế tạo nên ngày nay, thạch anh không được sử dụng phổ biến. Nó được dùng để làm vật trang trí hơn là sử dụng như một sản phẩm gia dụng. Loại thủy tinh đắt đỏ này có khả năng chịu nhiệt lên tới 1200 độ C trong thời gian ngắn.
Ngoài còn loại thủy tinh nêu trên, có thể thêm một hay nhiều kim loại để thủy tinh có nhiều màu sắc khác nhau như crom oxit [Cr2O3] cho thủy tinh màu lục, coban oxit [CoO] cho thủy tinh màu xanh nước biển.
Thạch anh
Bạn đã biết thủy tinh lỏng là gì chưa? Tham khảo tại đây
Ngoài ra, thủy tinh hữu cơ cũng là vật dụng vốn rất quen thuộc mà mọi người thường quên mất tên gọi ban đầu của nó. Thực chất đây là một trong những dạng thủy tinh khá quan trọng trong đời sống sinh hoạt và sản xuất của mọi người.
5. Ưu điểm và nhược điểm của thủy tinh
Phải công nhận rằng, vật liệu thủy tinh được ứng dụng vào để sản xuất ra nhiều loại khác nhau. Và các đồ từ thủy tinh luôn là sự lựa chọn tin yêu của mọi người, thay thế cho các vật liệu như nhựa, inox…Sở dĩ như thế là vì thủy tinh chứa nhiều ưu điểm:
Ưu điểm:
– Chịu được nhiệt độ cao và khả năng chịu sốc nhiệt rất tốt, là vật dụng có thể bỏ vào lò vi sóng mà không lo vỡ.
– An toàn với sức khỏe người tiêu dùng, không chứa chất độc hại, không gây ra phản ứng phụ
– Tái sử dụng nhiều lần, độ bền cao, tuổi thọ dài
– Dễ dàng lau chùi, làm sạch các vết bẩn, mùi hôi khó chịu, thậm chí có thể loại bỏ vết ố cứng đầu ở ly thủy tinh
– Màu sắc trong suốt, bề mặt nhẵn mịn hoặc thiết kế hoa văn đẹp mắt, sang trọng
Nhược điểm:
– Các đồ thủy tinh dễ bị vỡ và phải xử lý các mảnh vỡ thủy tinh tránh nguy hiểm
– Trọng lượng nặng hơn đồ giấy, nhựa và inox nên khá bất tiện nếu muốn vận chuyển đi nơi khác
– Giá thành các đồ dùng bằng thủy tinh khá cao
Tuy nhiên, có thể khắc phục những yếu điểm này của thủy tinh bằng cách sử dụng sản phẩm của các cơ sở sản xuất uy tín, có nguồn gốc rõ ràng để được đảm bảo về chất lượng.
6. Khả năng ứng dụng của thủy tinh trong cuộc sống con người
6.1. Là đồ gia dụng cho mọi nhà
Thủy tinh không còn xa lạ và trở nên rất đỗi thân thuộc trong mọi gia đình. Từ những chiếc bình hoa, ly thuỷ tinh, cốc uống nước đến chén bát ăn cơm đều có sự xuất hiện của thuỷ tinh. Cùng với sự phát triển vượt bậc của khoa học công nghệ, thuỷ tinh càng ngày càng được cải tiến với nhiều đặc tính vượt trội.
Bên cạnh đó, thuỷ tinh không đơn thuần là để sử dụng, mà còn là vật trang trí bởi đặc tính lung linh và khả năng tạo hình hoàn hảo. Đó có thể là những quả cầu thủy tinh, đồng hồ, bể cá…
6.2. Tầm quan trọng của thuỷ tinh trong ngành y
Dễ dàng nhận thấy những lọ đựng thuốc, ống nghiệm, lăng kính,… trong các tiệm thuốc, bệnh viện hay phòng thí nghiệm đều có sự xuất hiện của thuỷ tinh. Như vậy đã đủ thấy vật liệu này có tầm quan trọng thế nào đối với sức khỏe con người.
6.3. Ứng dụng của thủy tinh trong ngành công nghiệp thực phẩm
Với khả năng bảo quản thực phẩm tốt, đảm bảo độ tươi ngon mà vẫn an toàn với người sử dụng. Khi thuỷ tinh ra đời, ngành công nghiệp thực phẩm như có một bước ngoặt mới và từ đó phát triển không ngừng. Các loại đồ uống đựng trong chai, bình thuỷ tinh ngày nay được khuyến khích sử dụng nhiều hơn vì nó có thể tái chế và không phá hủy môi trường như vật liệu nhựa.
6.4. Trong nông nghiệp, thuỷ tinh cũng có vai trò hết sức quan trọng
Vận dụng công nghệ cao vào nông nghiệp đang phát triển mạnh ở nước ta. Việc lai tạo và nhân giống cây trồng là đặc biệt quan trọng. Đặc biệt là đối với quy trình trồng rau củ sạch trong nhà kính, thủy tinh là vật liệu không thể thay thế được.
Nhà kính
6.5. Trong ngành công nghệ, điện tử, viễn thông
Những linh kiện điện tử, cầu chì, cảm biến, bo mạch,…hay sợi cáp quang, dù nhiều hay ít, đều có sự xuất hiện của thuỷ tinh. Nói tóm lại, không còn điều gì nữa để phủ định thuỷ tinh đóng góp một phần công sức không hề nhỏ. Góp phần đưa con người đến với cuộc sống ngày càng hiện đại và văn minh hơn.
7. Tạm kết
Từ khi con người khám phá ra thủy tinh là gì cũng như cách chế tạo ra nó thì thủy tinh ngày càng được áp dụng rộng rãi trên khắp thế giới. Hi vọng qua bài viết này, Ly thủy tinh Sài Gòn đã giúp bạn những kiến thức cơ bản về thủy tinh cũng như phần nào hiểu được tầm quan trọng của nó đối với thực tiễn.