Thủy tinh Borosilicate 3.3: Tính chất, thành phần, sốc nhiệt và ứng dụng trong phòng thí nghiệm
Bước vào hầu hết mọi phòng thí nghiệm hóa học đang hoạt động và các dụng cụ thủy tinh trên bàn đều có chung một thông số kỹ thuật: thủy tinh borosilicate 3.3. Con số không phải là nhãn hiệu, cấp độ rõ ràng hay nhãn hiệu tiếp thị. Nó là một ký hiệu vật liệu gắn liền với một đặc tính vật lý duy nhất, hệ số giãn nở tuyến tính trung bình và nó dự đoán rất nhiều về cách thức hoạt động của một bình, bình ngưng, chai hoặc lò phản ứng khi nó được làm nóng, làm lạnh, hút chân không hoặc chứa đầy hóa chất mạnh. Hiểu được 3.3 đến từ đâu sẽ đưa ra lựa chọn dụng cụ thủy tinh phòng thí nghiệm borosilicate 3.3 ít đoán hơn nhiều.
3.3 trong Thủy tinh Borosilicate 3.3 thực sự có nghĩa là gì
Thủy tinh Borosilicate 3.3 được xác định bởi hệ số giãn nở tuyến tính trung bình của nó: khoảng 3,3 × 10-6 mỗi kelvin, được đo trong khoảng từ 20 đến 300 °C. Con số đó được ghi vào ISO 3585, tiêu chuẩn mô tả các đặc tính của loại kính này và đó là lý do vật liệu này thường được gọi đơn giản là "3.3" thay vì được đặt tên độc quyền. Tiêu chuẩn này cho phép dung sai xấp xỉ cộng hoặc trừ 0,1 × 10-6 mỗi kelvin, đó là lý do tại sao các sản phẩm từ các nhà sản xuất khác nhau vẫn có thể hoán đổi cho nhau về kích thước và nhiệt.
Độ giãn nở thấp đến từ thành phần. Một ly 3,3 điển hình chứa khoảng 81% silicon dioxide (SiO2), khoảng 13% boron trioxide (B2O3), khoảng 4% natri oxit (Na2O) và một vài phần trăm oxit nhôm (Al2O3) cùng với một lượng nhỏ kali oxit. Boron là thành phần bổ sung quan trọng: nó đi vào mạng lưới silica và hạn chế mức độ giãn nở của cấu trúc khi nó được làm ấm. Nếu bạn muốn hóa học chi tiết hơn, ghi chú của chúng tôi về thành phần thủy tinh borosilicate và hình 3,3 đi qua từng oxit một.
Bởi vì cả thành phần và độ giãn nở đều được tiêu chuẩn hóa nên kính 3,3 đáp ứng nhiều phân loại cùng một lúc. Nó tương ứng với thủy tinh borosilicate USP Loại I, theo tiêu chuẩn ASTM E438 Loại I Loại A và với vật liệu được chỉ định là thủy tinh borosilicate 3.3 trong DIN ISO 3585. Đối với phòng thí nghiệm, sự trùng lặp đó mang tính thực tế hơn là mang tính học thuật: nó có nghĩa là một bình định mức được mua cho công việc dược điển và một bình phản ứng được mua cho bàn tổng hợp có thể dùng chung vật liệu cơ bản và cùng đặc tính nhiệt.
Sơ lược về các thuộc tính chính
Bảng dưới đây thu thập những số liệu quan trọng nhất khi bạn lên kế hoạch cho một thử nghiệm, viết một phương pháp hoặc kiểm tra xem tuyên bố của nhà cung cấp có đúng hay không.
| Tài sản | Giá trị điển hình cho kính 3,3 |
|---|---|
| Hệ số giãn nở tuyến tính trung bình (20-300 °C) | 3,3 × 10-6 K-1 |
| Mật độ ở 25 ° C | khoảng 2,23 g/cm3 |
| Nhiệt độ chuyển hóa | khoảng 525°C |
| điểm ủ | khoảng 560°C |
| Điểm làm mềm | khoảng 825°C |
| Nhiệt độ làm việc ngắn hạn tối đa | khoảng 450°C |
| Nhiệt độ sử dụng lâu dài được khuyến nghị | khoảng 230°C |
| Khả năng chống thay đổi nhiệt độ đột ngột | khoảng 100-120 K cho tường mỏng |
| Kháng thủy phân | ISO 719 HGB 1 / ISO 720 HGA 1 |
| Truyền ánh sáng nhìn thấy ở tường 4 mm | khoảng 91-92% |
| Độ dẫn nhiệt ở 20 °C | khoảng 1,2 W/(m·K) |
Khả năng chống sốc nhiệt và tại sao con số lại quan trọng
Kính có thể tồn tại tốt như thế nào khi thay đổi nhiệt độ đột ngột phụ thuộc chủ yếu vào hệ số giãn nở của nó, bởi vì độ giãn nở là nguyên nhân tạo ra ứng suất bên trong khi một phần của bình nóng hơn phần khác. Với độ giãn nở khoảng một phần ba của ly soda-vôi, borosilicate 3.3 có thể chịu được những khác biệt có thể làm vỡ ly uống nước thông thường. Trong điều kiện hàng ngày, một chiếc bình 3,3 có thành mỏng thường có thể thay đổi từng bước trong khoảng 100 đến 120 K, trong khi thủy tinh soda-vôi có độ dày tương tự có thể bị hỏng ở mức 40 K hoặc ít hơn.
Nơi số đơn giản dừng lại đơn giản
Độ dày của tường và hình học cũng quan trọng như chính hệ số. Nhiệt di chuyển chậm qua kính, do đó, bức tường dày có độ dốc bên trong lớn hơn bức tường mỏng. Những chuyển tiếp đột ngột, chẳng hạn như một đế nặng gặp một thành bên mỏng hoặc một khớp nối bị nung chảy ở nhiệt độ cao, sẽ tập trung ứng suất. Đó là lý do tại sao hai bình làm từ cùng một ống 3.3 có thể hoạt động rất khác nhau khi một bình được rửa dưới vòi nước lạnh và bình kia được để nguội trong không khí.
Phần lớn sự vỡ vỡ được đổ lỗi cho "kính xấu" thực sự là một vấn đề khi xử lý: đun nóng một bên bình bằng ngọn lửa trần, đổ dung môi lạnh vào bình nóng, kẹp khớp dưới tải trọng uốn hoặc buộc một côn mài đã nhặt được sạn. Ủ tại nhà máy giúp loại bỏ căng thẳng trong sản xuất một lần; xử lý nhẹ nhàng trên băng ghế sẽ giúp loại bỏ nó.
Kháng hóa chất và giới hạn của nó
Borosilicate 3.3 được phân loại là thủy tinh có độ bền cao theo tiêu chuẩn ISO 719 và ISO 720, đồng thời đáp ứng các yêu cầu về khả năng kháng axit của ISO 1776. Nó chống lại nước, axit loãng và đậm đặc, dung dịch muối và hầu hết các dung môi hữu cơ mà không bị tấn công. Đó là lý do tại sao nó được sử dụng để lưu trữ thuốc thử, đo thể tích, cột sắc ký và hệ thống lò phản ứng trong hóa chất tinh khiết và dược phẩm.
Có những trường hợp ngoại lệ nổi tiếng và việc bỏ qua chúng là rất tốn kém:
- Axit flohydric và bất kỳ hỗn hợp chứa florua nào sẽ tấn công mạng lưới silica một cách nhanh chóng và không bao giờ được bảo quản hoặc xử lý trong thủy tinh.
- Axit photphoric đậm đặc nóng và kiềm đậm đặc nóng như natri hoặc kali hydroxit hòa tan thủy tinh chậm nhưng đều đặn.
- Dung dịch kiềm để lâu trong chai nhiều tháng sẽ tách natri ra khỏi bề mặt và để lại một lớp màng đục, ăn mòn.
- Chu trình rửa chén bằng kiềm nóng lặp đi lặp lại sẽ làm mờ bề mặt của bình định mức và có thể ảnh hưởng đến lỗ khoan nhỏ của buret và pipet.
Để làm sạch thường xuyên, chất tẩy rửa trung tính hoặc có tính axit nhẹ sau đó rửa bằng nước cất sẽ tốt hơn so với dung dịch kiềm mạnh, đặc biệt đối với dụng cụ đo Loại A nơi điều kiện bề mặt ảnh hưởng đến độ chính xác.
Nơi sử dụng thủy tinh Borosilicate 3.3 trong phòng thí nghiệm
Bởi vì vật liệu này kết hợp tính ổn định nhiệt, độ trơ hóa học và độ trong quang học nên nó xuất hiện ở hầu hết mọi nơi trong phòng thí nghiệm làm việc:
- Công việc phản ứng: bình đáy tròn một cổ và nhiều cổ, bình phản ứng có vỏ bọc, lò phản ứng để bàn và bình cỡ thí điểm lớn hơn có nắp đậy phù hợp và bộ chuyển đổi máy khuấy.
- Trào ngược và ngưng tụ: Liebig, Allihn, Graham và bình ngưng không khí, ngón tay lạnh và cụm hồi lưu hoàn chỉnh.
- Chưng cất và bay hơi: đầu chưng cất, cột phân đoạn, vật liệu đóng gói, bộ chuyển đổi chân không, bầu chống bắn tung tóe và các bộ phận của thiết bị bay hơi quay.
- Lọc: phễu và chén thủy tinh thiêu kết, bình lọc và cụm lọc chân không đầy đủ.
- Bảo quản và xử lý: chai thuốc thử có nắp vặn, lọ đựng mẫu, bình hút ẩm, chai rửa khí và bình chứa dung môi.
- Đo lường và phân tích: bình định mức, buret, pipet chia độ, bình chia độ, cột sắc ký, bể phát triển TLC và ống NMR.
- Quy trình và quy mô thí điểm: hệ thống lò phản ứng thủy tinh, đường truyền và kính quan sát dành cho các nhà máy xử lý môi trường ăn mòn.
Nếu công việc của bạn tập trung vào sự tổng hợp, thì bình ba cổ đáy tròn bằng thủy tinh Loại A 3.3 là sản phẩm bạn sẽ sử dụng thường xuyên nhất. Nó chấp nhận máy khuấy, nhiệt kế hoặc phễu bổ sung và bình ngưng cùng một lúc, đồng thời độ côn tiêu chuẩn giúp nó có thể hoán đổi cho nhau với mọi thứ khác trong hệ thống khớp nối.
Bình đáy tròn ba cổ loại A dùng để tổng hợp trong phòng thí nghiệm Bình đáy tròn ba cổ Loại A dùng để tổng hợp hữu cơ và gia nhiệt có kiểm soát, có các kích cỡ từ 50 mL đến 2000 mL với khớp nối tiêu chuẩn. Xem sản phẩm → Về mặt bảo quản, chai thuốc thử nắp xanh lam bằng thủy tinh borosilicate cao 3,3 là vật dụng yên tĩnh của kệ: nắp vặn kín không có dầu mỡ, thành chai đủ dày để sử dụng hàng ngày và vật liệu này loại bỏ các axit và dung môi thường được giữ trong tầm tay.
Chai thuốc thử có ren nắp màu xanh trong thủy tinh Borosilicate 3,3 Chai thuốc thử borosilicat 3,3 nắp màu xanh lam để bảo quản thuốc thử an toàn trong phòng thí nghiệm, có dung tích từ 100 mL đến 20000 mL có ren niêm phong. Xem sản phẩm → Ghi chú thực tế khi làm việc với đồ thủy tinh 3.3
Một số thói quen giúp đồ thủy tinh 3,3 có thể sử dụng được trong nhiều năm thay vì hàng tháng:
- Lắp ráp các mối nối đất sạch và khô nếu có thể. Nếu khóa vòi cần bôi trơn, hãy sử dụng ống bọc PTFE hoặc một ít mỡ silicon và làm sạch nó sau đó.
- Hỗ trợ bình nhiều cổ và bình ngưng nặng bằng kẹp đặt phía trên khớp nối. Kính không bao giờ được phép chịu trọng lượng của chính nó ở một góc.
- Bịt kín các khớp bằng cách xoay nhẹ nhàng thay vì dùng lực. Độ côn bị kẹt thường bắt đầu bằng một khớp nối bị cong, bẩn hoặc bị siết quá chặt.
- Làm nóng từ từ bằng tấm phủ, bồn dầu hoặc khối gia nhiệt. Tránh ngọn lửa trực tiếp và không bao giờ sử dụng nhiệt cục bộ lên một điểm mỏng hoặc khu vực đã được sửa chữa.
- Làm mát dần dần. Rửa bình ngay từ bồn nước nóng 200°C dưới nước lạnh là nguyên nhân phổ biến nhất gây ra vỡ bình không rõ nguyên nhân.
- Xem sự khác biệt về nhiệt độ hơn là nhiệt độ tuyệt đối. 3.3 tay cầm bằng kính chịu nhiệt độ 300°C một cách thoải mái; nó phản đối độ dốc 150 K trên một vài cm bức tường.
- Kiểm tra vành và khớp xem có vết nứt nhỏ trước khi thực hiện bất kỳ công việc chân không nào không. Đồ thủy tinh sơ tán lưu trữ một lượng năng lượng đáng kinh ngạc.
3.3 Lựa chọn đồ thủy tinh phù hợp với công việc của bạn
Khi bạn so sánh các danh mục, hãy yêu cầu số liệu mở rộng thay vì từ "borosilicate". Thủy tinh trung tính và các vật liệu có độ giãn nở cao khác đôi khi được mô tả một cách lỏng lẻo là borosilicate, tuy nhiên chúng hoạt động hoàn toàn khác trên bếp điện. Ngoài vật liệu, hãy kiểm tra kích thước mối nối so với dụng cụ thủy tinh bạn đã sở hữu, độ dày thành chịu tải nhiệt mà bạn mong đợi và liệu dụng cụ đo có được đánh dấu Loại A hay không.
Shanghai Heqi Glassware đã sản xuất đồ thủy tinh nối đất tiêu chuẩn từ năm 2002, với các xưởng lắp ráp, gia công kim loại và thủy tinh của riêng chúng tôi, đồng thời chúng tôi cung cấp cả sản phẩm của chính mình và dụng cụ của các nhà sản xuất khác để phòng thí nghiệm có thể xây dựng một thiết lập hoàn chỉnh theo một đơn hàng. Nếu bạn không chắc chắn liệu một bình hoặc chai cụ thể có phải là 3.3 chính hãng hay không, chúng tôi sẵn lòng trao đổi với bạn về thông số kỹ thuật trước khi mua.
Ngay cả một chiếc cốc có dạng thấp đơn giản cũng được hưởng lợi từ nguyên tắc tương tự. Cốc thủy tinh 3,3 có thành dày và đế phẳng làm nóng đều trên bếp điện, tồn tại khi di chuyển nhanh đến bàn lạnh và cho phép bạn quan sát dung dịch mà không bị mỏi mắt.
Cốc thủy tinh Borosilicate dạng thấp dùng cho phòng thí nghiệm hóa học Cốc thủy tinh borosilicat 3,3 dạng thấp giúp gia nhiệt đều và quan sát phản ứng rõ ràng, có vòi rót và đế phẳng để khuấy. Xem sản phẩm → Thủy tinh Borosilicate 3.3 là một trong số ít các tiêu chuẩn phòng thí nghiệm không thay đổi trong nhiều thập kỷ và sự ổn định chính là điểm mấu chốt. Con số cho bạn biết độ giãn nở, độ giãn nở cho bạn biết đặc tính nhiệt và tiêu chuẩn cho bạn biết rằng khớp nối của nhà sản xuất này vẫn sẽ vừa với bình ngưng của nhà sản xuất khác. Hãy chọn đồ thủy tinh của bạn theo những điều kiện đó, xử lý các khớp một cách nhẹ nhàng, tránh xa các loại bồn tắm có tính kiềm nóng và nó sẽ tiếp tục hoạt động trên băng ghế của bạn trong một thời gian rất dài.
