من ماذا يصنع الزجاج

يعود تاريخ صناعه الزجاج الي عام 2000 قبل الميلاد. و منذ هذا الحين، دخل الزجاج فاغراض عديده من حياة الانسان اليومية. فتم استخدامة فصناعه الانيه المفيده و المواد الزخرفيه و مواد الزينه بما فذلك المجوهرات. كما كان له تطبيقاتة الصناعيه و المعمارية.بالاضافه الي استخدام الزجاج فصنع زجاج النوافذ و الابواب و لقد كانت اقدم المواد الزجاجيه عباره عن خرزات حيث لم يتم التوصل الي الانيه المجوفه حتي عام 1500 قبل الميلاد.


و يعتبر الصناع الاسيويون هم اول من ارسي صناعه الزجاج ، و منهم انتقلت الصناعه الي مصر حيث ترجع اول انيه زجاجيه الي حكم تحتمس الثالث (1504-1450 قبل الميلاد). و ربما ظلت صناعه الزجاج منتعشه فمصر حتي حوالى عام 1200 قبل الميلاد بعدها توقفت فعليا لعده قرون من الزمان. و فالقرن التاسع قبل الميلاد، ظهرت جميع من سوريا و العراق كمراكز لصناعه الزجاج ، و امتدت الصناعه عبر منطقه البحر المتوسط. و فالعصر الاغريقي، اضطلعت مصر بدور رئيسى فتزويد القصور الملكيه بالزجاج الفخم حيث كان يصنع فالاسكندريه . و فالقرن الاول قبل الميلاد، تم التوصل الي عمليه نفخ الزجاج فسواحل فينيقيا. و فالعصر الروماني، كانت صناعه الزجاج منتشره فمناطق متعدده من الامبراطوريه الرومانية.

وابتكر المسلمون التزجيج، و ما زالت روائع من اعمالهم فالتزجيج باقيه فو اجهات المساجد و الجوامع، و ايضا فالابنيه الاثريه اضافه الي ما هو محفوظ فالمتاحف العالمية.


و لقد استعملت الاصباغ المعدنيه فهذة الصناعه الفنية، فلم تتاثر بالتقلبات الجوية، و لم تؤثر بها حراره الشمس المحرقه طوال مئات السنين الماضية.


و عرف علماء المسلمين البللور و هو الزجاج الممتاز (الكريستال بحسب التعريف الكيماوى الحديث) الذي يحتوى علي نسب مختلفه من اكاسيد الرصاص ، و صنعوة باتقان، و عرفوا منة نوعا طبيعيا. و ما زال يستخدم – كما استخدمة المسلمون من قبل- فصناعه الاقداح و الاوانى و الثريات، و ايضا فصناعه الخواتم و ادوات الزينه و كثير من الادوات البيتية. و صنعوا منة نظارات العيون، و كانوا يسمونها منظره ،ومن العالم الاسلامى انتقلت صناعه الزجاج الي اوروبا عندما انشا فنيون مصريون مصنعين للزجاج فاليونان، و لكن المصنعين حطما فعام 544 ة / 1147 م، عندما اجتاح النورماديون مدينتهم ففر الفنيون الي الغرب، مما ساعد علي النهضه الغربيه فمجال صناعه الزجاج فالعصور الوسطى. كما فر كذلك بعض الفنيين من دمشق الي الغرب ابان اجتياح المغول للعالم الاسلامي. ذلك بالاضافه الي التقنيات الخاصه بصناعه الزجاج التي اخذها الاسري الاوربيون من المسلمين خلال الحروب الصليبية. و ربما تجمعت اسرار هذة الصناعه مع الفنيين ففينسيا و احتكرت صناعه الزجاج فاوروبا حتي القرن السابع عشر عندما علمت فرنسا بالتقنيات المطلوبه و اسرارها، و انتقلت اليها صناعه الزجاج و اصبحت اهم مراكزها فالعالم.

تعريف الزجاج و من ما ذا يصنع ؟

ماده عديمه اللون تصنع اساسا من السيليكا المصهور فدرجات حراره عاليه مع حمض البوريك او الفوسفات. و الزجاج يوجد فالطبيعه كما يوجد كذلك فالمواد البركانيه التي تسمي الزجاج البركانى او المواد التي تنشا من النيازك. و ليس الزجاج صلبا و لا سائلا و انما يصبح فحاله خاصه تخرج بها جزيئاتة بشكل عشوائي، و لكن بحيث يوجد تماسك كاف لاحداث اتحاد كيميائى بينها. و عندما يتم تبريد الزجاج يصل الي حالتة الصلبه و لكن بدون تبلور، و مع تعريضة للحراره يتحول الزجاج الي سائل. و عاده ما يصبح الزجاج شفافا و لكنة ربما يصبح غير شفاف او نص شفاف ايضا، و يختلف لونة تبعا لمكوناته.


و يصبح الزجاج المصهور كاللدائن بحيث ممكن تشكيلة باستعمال عده تقنيات. و من الممكن تقطيع الزجاج عندما يصبح باردا. و فدرجات الحراره المنخفضه يصبح الزجاج هشا و ينكسر. و لمثل هذة المواد الطبيعيه كالزجاج البركانى و التيكتيت مكونات و خصائص تشبة الزجاج الصناعي.


و المكونات الاساسيه للزجاج هى السيليكا المشتقه من الرمل و الصوان و الكوارتز. و تصهر السيليكا فدرجات حراره عاليه جدا جدا لانتاج زجاج السيليكا المصهور. و يتم انتاج نوعيات مختلفه من الزجاج باتحاد السيليكا مع مواد خام اخري بنسب مختلفة. و هنالك مركبات قلويه ككربونات الصوديوم و كربونات البوتاسيوم تقلل من درجه حراره الصهر و لزوجه السيليكا. و ينصهر الزجاج عاده عند درجه حراره عاليه و لا يتمدد او ينكمش بدرجه كبيره مع تغير درجات الحرارة، و من بعدها يصبح مناسبا لانتاج الادوات التي تستعمل فالمعامل و الحاجات التي تكون عرضه للصدمات الحراريه كمرايا التليسكوب. و يعتبر الزجاج موصلا رديئا لكل من الحراره و الكهرباء و من بعدها فانة مفيد للعوازل الكهربيه و الحرارية.


تعتبر رمال الزجاج من اهم المواد التي تدخل فالصناعه حيث تتكون اساسا من معدن الكوارتز(SiO2) و يجب ان تتميز رمال الزجاج بدرجه عاليه من النقاوه و يصبح لونها الابيض لاحتوائها علي نسبه ضئيله جدا جدا من المواد الملونه كاكسيد الحديد و الكروم و التيتانيوم .

من الطرق الشائعة لتصنيع الزجاج هى خلط كمية كبار من الرمل مع كميات قليلة من الجير و الصودا و تسخينة حتي يكون كتلة من السائل عالى اللزوجه ، يتم بعدين تشكيلة بكيفية معينه و من بعدها يبرد ليصبح زجاجا .

و يعتبر زجاج الصودا و الحجر الجيرى ( الزجاج المسطح ) هو الزجاج الاكثر شيوعا و استخداما فالعالم ، بحيث تبلغ نسبة ذلك النوع من الزجاج اكثر من ( 90% ) من اجمالى الزجاج المستخدم فالعالم . اما زجاج البوروسيليكات و هو ما يسمي بزجاج البايركس و الكيموكس فهو يتكون من ( 80% ) من السيليكا و ( 4% ) من القلويات و ( 2% ) من الالمونيوم و ( 13% ) من اكسيد البوريك . و هذة النسب تعطى ذلك النوع من الزجاج ثلاث اضعاف قوه زجاج الصودا و الحجر الجيرى .

اما زجاج السيليكا المنصهر فهو يتكون من ( 100% ) من السيليكا و هو يعتبر من الزجاج العالى التكلفه و هو مقاوم للصدمات .

و اهم خواص الزجاج من ناحية تصنيعة هى لزوجتة و التي تتعلق بدرجات الحراره ، لذلك فان زجاج السيليكا النقى له لزوجة عاليه و يحتاج الي حراره عاليه جدا جدا للتخلص من الفقاعات الموجوده فية . و ذلك الشيء يجعل من صناعه زجاج السيليكا النقى مكلف جدا.لذا و لاسباب علميه يلزم اضعاف زجاج السيليكا لكى يسهل تصنيعة بشكل اقتصادى . و ان اكسيدات المعادن القلويه هى خير و سيله لتحقيق هذا .

و يكمن السر فذلك بان جميع ذره سيليصبح ترتبط باربع ذرات فقط من الاكسجين ، و ان اي ذرات اضافية من الاكسجين تعمل علي خلخله التشكيل المتماسك و القوى و المكون من سيليصبح – اكسجين – سيلكون . لذلك اصبح من السهل علينا تغيير تركيب زجاج السيليكا و جعلة اكثر تحركا ، و هذا باستعمال اكسيدات المعادن القلويه .

و تعتبر اكسيدات المعادن القلويه من اهم عوامل الصهر المستخدمه فصناعه الزجاج ، و اكثر هذة الاكسيدات استخداما هى الصودا التي تعتبر ارخصها ثمنا ، و ربما استعملت اكسيدات معادن قلويه اخري لهذا الغرض ك( البوتاسيوم و الليثيوم … الخ ) .

المركبات الموازنه فالزجاج :

هنالك عناصر و مركبات كيميائيه ضروريه موازنه فعمليه تصنيع الزجاج باشكالة و نوعياتة المعروفه بحسب الاستعمال ، من اهمها :

1- الجير : يستعمل كمحلول ما ئى لتصنيع الزجاج . و يستعمل جير الكالسيوم و الدولوميت بكميات كبيره مع الرمل و كربونات الصوديوم و المصابيح الكهربائيه .

2- اكسيد الرصاص : يعتبر من المكونات الرئيسيه لانواع الزجاج الظرانى الذي يتميز بمعامل انكسار عال ، و عاده ما تشتمل علي نسبه كبيره من البوتاس ( يعطى الزجاج بريقا و لمعانا و فنفس الوقت مقاوم للكهرباء و الحراره ) .

3- اكسيد البوريك : يخفض من درجة لزوجة السيليكا دون ان يزيد من تمددها الحرارى ، و مع اضافة كميه قليله من اكسيد الالمونيوم يحافظ علي شفافيه الزجاج ، و يجعلة اكثر مقاوما للحراره ( البايركس ) ، و هى تستعمل فصناعه ادوات المخابز و اجهزه المختبرات و الانابيب الصناعيه لقدرتها علي مقاومه التغيرات المفاجئه فدرجات الحراره و تحملها للتاثيرات الكيميائيه .

4- اكسيد الالمونيوم و الجير : يستعمل ذلك الخليط بنسبه كبيره فالزجاج مع ( 10% ) من اكسيد البوريك و قليل من القلويات لصناعه الزجاج الليفي

من خواص الزجاج:

1- الشفافيه :يمتاز الزجاج بشفافيه صافيه متجانسة، تمر من خلالة كل الاشعه الضوئيه من فوق البنفسجيه الي تحت الحمراء ،كما ان للزجاج القدره علي عكس و كسر الضوء و يتراوح معامل انكسار الزجاج بين (1.467-2.179) و يصبح معامل الانكسار فزجاج الرصاص اكبر ما ممكن .

2- القساوه : الزجاج جسم هش سريع التحطم لا يتغير شكلة عند الضغط او الصدمه و تعرف قساوه الزجاج بانها قدرتة علي مقاومه الخدش او الاحتكاك .

وتختلف قساوه الزجاج باختلاف تركيبة حيث تعمل زياده نسبه الجير و السيليكا علي زياده قساوته.

3- مقاومتة للمواد الكيميائيه :

يقاوم الزجاج بشكل عام المحاليل الكيميائيه عدا حمض الفلوردريك و المصهرات القلويه التي تحل الزجاج بسهوله . و يؤثر الماء علي الزجاج بعد تماسة لفتره طويله جدا جدا .

صناعه الزجاج :


يتم تقيسم المواد الخام الاوليه المستخدمه فصناعه الزجاج الي قسمين رئيسين هما:

اولا :المواد الاساسيه و تشمل:


1- الرمل او السيليكا : يشكل حمض السيليصبح الماده الاساسيه التي يصنع منها الزجاج العادى و نحصل علية من الرمل و لا يستعمل رمل الكوارتز نظرا للصعوبات و ارتفاع كلفه التحضير للصناعة.

ويشترط فالرمل المستخدم ان يحتوى علي نسبه عاليه من اكسيد السيليصبح تصل الي 80% و ان تكون نسبه الشوائب قليله خاصه الملونه كمركبات الحديد .

2- مركبات الصوديوم حيث يعمل اكسيد الصوديوم علي تقليل درجه الانصهار و يساعد فتشكيل الزجاج.

3- الكلس و الدولوميت : حيث يساعد اكسيد الكالسيوم علي تصليب الزجاج.

4- الفلدسبار :يستخدم بشكل كبير لوجودة بشكل نقى كما انه رخيص الثمن و ينصهر بسهولة.

5- البوراكس : يحتوى علي اكسيدى الصوديوم و البورون حيث ان هذة الماده تنصهر بشكل جيد و تقلل من معامل تمدد الزجاج . و لذا نجد ان الزجاج الحاوى نسبه كبيره من اكسيد البورون لا ينكسر اذا سخن او برد فجاه .

ثانيا المواد الثانويه :

وتشمل المواد التي تضاف لتحسين نوعيه الزجاج كالمواد الملونه و مسرعات الانصهار و الشفافيه كاكسيد الرصاص و اكسيد التيتانيوم و اكسيد الباريوم .

تمر صناعه الزجاج باربع مراحل و هى:

1- الصهر: حيث تكون المواد الاوليه ربما حضرت علي شكل بودره او حبيبات و تمزج مع بعضها البعض بنسب و زنيه معينه بعدها تدخل الي الافران الخاصه و من الامثله علي هذة الافران:

ا- فرن الجفنة: و تبلغ سعتة 2 طن من المواد الاوليه و يستخدم لانتاج نوعيات معينه من الزجاج كزجاج البصريات و الزينة.

ويصنع ذلك الفرن من الصلصال او البلاتين و لكن الصلصال ربما ينصهر جزء منة خلال صهر الزجاج و من المعروف ان البلاتين اغلي ثمنا.

ب- فرن الحوض:وهو عباره عن حوض مصنوع من القرميد النارى و يتسع ل 1500 طن من المواد الخام.

2- التشكيل:يبرد مصهور الزجاج ببطء حتي يصل الي مرحله التشكيل بالدرجه المطلوبة، يتم التشكيل باحدي طريقتين:

ا- النفخ و التشكيل اليدوي: يصب المصهور فالقالب و يتم النفخ اما بالفم او بالمنفاخ.

ب- النفخ او التشكيل الالي: حيث تتم عمليه صب المصهور و النفخ اليا .

ويجب ان تتم عمليه التشكيل فو قت قصير جدا جدا و بها يتحول الزجاج اثناء هذا من عجينه الي ما ده صلبه .

3- التهذيب او التبريد : و هى عمليه تبريد الزجاج ببطء لتجنب تشققة و تكسرة و تلافى تكون مناطق ضعف فالادوات الزجاجيه بعد تشكيلها،وتتم هذة العمليه بوضع الادوات الزجاجيه ففرن التبريد علي درجه حراره تتراوح بين 400-600 م لفتره زمنيه كافيه بعدها تبرد تدريجيا الي الدرجه العاديه من الحراره و فرن التبريد عباره عن قشاط معدنى طولة 15-75 متر و عرضه1- 5 امتار و يسخن الفرن كهربائيا او بالمحروقات السائله .

4- الانهاء : يتم فهذة المرحله تنظيف الادوات الزجاجيه و صقلها و قطعها و تصنيفها .


لا يخضع تركيب الزجاج الي الروابط الكيميائيه و انما يتالف من مجموعه من الاكاسيد المعدنية.

تلوين الزجاج :

يعود اسباب ظهور الزجاج بلون ما الي و جود مجموعات معدنيه ملونه علي شكل ايونات فية .فمثلا يتلون الزجاج باللون الاصفر او البنى بوجود ايون الحديد الثلاثى و ممكن تحويل اللون الاخضر فالزجاج الي الاصفر باضافه ثاني اكسيد المنغنيز .

تصنع الاحجار الكريمه الصناعيه باضافه مساحيق المعادن الثمينه كالنحاس و الذهب الي مصهور الزجاج حيث تشكل تلك المعادن مع الزجاج محاليل غروية.

انواع الزجاج :

1-البيركس :يقاوم الحراره فعند تسخينة لا ينكسر نظرا لصغر معامل تمددة بسبب احتوائة علي نسبه عاليه من اكسيد البورون و تصنع منة الصحون و اكواب الشاى و زجاجيات المختبرات .

2- الزجاج القاسى سيليكا 96 :يمتاز بصغر معامل التمدد و ارتفاع درجه انصهاره.

3- الزجاج الصواني: يحتوى علي نسبه كبيره من اكسيد الرصاص و يلين بالتسخين و يستخدم فالاجهزه البصريه و المجوهرات الصناعية.

وهنالك نوع احدث من الزجاج الصوانى يحتوى علي نسبه كبيره من اكسيد البوتاسيوم و هو غير ملون و صاف و يستخدم فالاجهزه الكهربائيه لانة رديء التوصيل للكهرباء.

4-الالياف الزجاجية

هى عباره عن خيوط او الياف زجاجيه و تتم صناعتها بامرار المصهور الزجاجى علي شبكه بلاتين مسخنه كهربائيا بشكل مستمر حيث تنتج خيوط زجاجيه تلف حول اسطوانه تدور بسرعه .

وتستعمل هذة الالياف الزجاجيه كماده عازله للحراره و فصناعه الملابس الواقيه من الحريق.

5- الزجاج الضبابى غير الشفاف:

يصنع باضافه مواد (تكون دقائقها فالحاله الغروية) الي مصهور الزجاج حيث تبقي الدقيقة عالقه لدي تبريد الزجاج و تجعلة ضبابيا لانها تنشر الضوء و تفرقة و هذا اختلاف معامل انكسارها عن معامل انكسار بقيه الزجاج .

تصنيف الزجاج حسب الاستخدام :

1- زجاج الانشاءات كزجاج النوافذ و الابواب و السيارات.

2- زجاج الانيه كزجاج القنانى و الادوية.


3 – زجاج البصريات كالعدسات و المجاهر و التلسكوبات.