Borosilikatno staklo 3.3: Svojstva, sastav, toplinski udar i laboratorijske primjene

Uđite u gotovo svaki radni kemijski laboratorij i stakleno posuđe na stolu tiho dijeli jednu specifikaciju: borosilikatno staklo 3.3. Broj nije marka, stupanj jasnoće ili marketinška oznaka. To je oznaka materijala povezana s jednim fizičkim svojstvom, koeficijentom srednjeg linearnog širenja, i predviđa mnogo toga o tome kako se tikvica, kondenzator, boca ili reaktor ponašaju kada se zagrijavaju, hlade, evakuiraju ili pune agresivnom kemijom. Razumijevanje odakle dolazi 3.3 čini izbor borosilikatno 3.3 laboratorijsko stakleno posuđe daleko manje od nagađanja.

Što 3.3 u borosilikatnom staklu 3.3 zapravo znači

Borosilikatno staklo 3.3 definirano je njegovim koeficijentom srednjeg linearnog širenja: oko 3,3 × 10-6 po kelvinu, mjereno između 20 i 300 °C. Ta je brojka zapisana u ISO 3585, standardu koji opisuje svojstva ove porodice stakla, i to je razlog zašto se materijal obično naziva jednostavno "3.3" umjesto da mu se da zaštićeno ime. Norma dopušta toleranciju od otprilike plus ili minus 0,1 × 10-6 po kelvinu, zbog čega proizvodi različitih proizvođača ostaju dimenzionalno i toplinski međusobno zamjenjivi.

Mala ekspanzija dolazi od sastava. Tipično staklo od 3,3 sadrži otprilike 81 % silicijevog dioksida (SiO2), oko 13 % borovog trioksida (B2O3), oko 4 % natrijeva oksida (Na2O) i nekoliko postotaka aluminijeva oksida (Al2O3) zajedno s malim količinama kalijevog oksida. Bor je ključni dodatak: on ulazi u mrežu silicijevog dioksida i ograničava koliko se struktura rasteže kada se zagrije. Ako želite detaljnije o kemiji, naša bilješka o sastav borosilikatnog stakla i brojka 3.3 prolazi kroz okside jedan po jedan.

Budući da su i sastav i ekspanzija standardizirani, staklo 3.3 zadovoljava nekoliko klasifikacija odjednom. Odgovara USP borosilikatnom staklu tipa I, ASTM E438 tipu I klase A i materijalu označenom kao borosilikatno staklo 3.3 u DIN ISO 3585. Za laboratorij, to je preklapanje više praktično nego akademsko: to znači da volumetrijska tikvica kupljena za farmakopejski rad i reakcijska tikvica kupljena za stol za sintezu mogu dijeliti isti osnovni materijal i istu toplinu ponašanje.

Ključna svojstva na prvi pogled

Tablica u nastavku prikuplja brojke koje su najvažnije kada planirate eksperiment, pišete metodu ili provjeravate je li tvrdnja dobavljača opravdana.

Otpornost na toplinski udar i zašto je broj važan

Koliko dobro staklo podnosi iznenadnu promjenu temperature najviše ovisi o njegovom koeficijentu širenja, jer je širenje ono što stvara unutarnje naprezanje kada je jedan dio posude topliji od drugog. S približno jednom trećinom ekspanzije natrijevog stakla, borosilikat 3.3 tolerira razlike koje bi puknule običnu čašu za piće. U svakodnevnom smislu, posuda tankih stijenki 3.3 obično može podnijeti promjenu koraka od oko 100 do 120 K, dok natrijevo-vapneno staklo slične debljine može otkazati na 40 K ili manje.

Gdje jednostavan broj prestaje biti jednostavan

Debljina stijenke i geometrija važni su koliko i sam koeficijent. Toplina se sporo kreće kroz staklo, tako da debela stijenka razvija veće unutarnje gradijente nego tanka. Nagli prijelazi, poput susreta teške baze s tankom bočnom stijenkom ili spoja spojenog na visokoj temperaturi, koncentriraju stres. Zbog toga se dvije tikvice napravljene od iste cijevi 3.3 mogu ponašati vrlo različito kada se jedna ispere pod hladnom vodom, a druga ostavi da se ohladi na zraku.

Većina lomova za koje se krivi "loše staklo" zapravo je problem rukovanja: zagrijavanje jedne strane tikvice otvorenim plamenom, ulijevanje hladnog otapala u vruću posudu, stezanje spoja pod opterećenjem savijanja ili forsiranje brušenog konusa koji je pokupio pijesak. Žarenje u tvornici uklanja proizvodni stres jednom; nježno rukovanje na klupi drži ga uklonjenim.

Otpornost na kemikalije i njezine granice

Borosilicate 3.3 klasificiran je kao visokootporno staklo prema ISO 719 i ISO 720 i ispunjava zahtjeve otpornosti na kiseline iz ISO 1776. Otporan je na vodu, razrijeđene i koncentrirane kiseline, otopine soli i većinu organskih otapala bez mjerljivog napada, zbog čega se koristi za skladištenje reagensa, volumetrijska mjerenja, kromatografske kolone i reaktorske sustave u finim kemikalijama i farmaceutski proizvodi.

Postoje dobro poznati izuzeci, a njihovo ignoriranje je skupo:

• Fluorovodična kiselina i bilo koja mješavina koja sadrži fluorid brzo napada mrežu silicijevog dioksida i nikada se ne smije skladištiti niti rukovati njima u staklu.
• Vruća koncentrirana fosforna kiselina i vruća koncentrirana lužina kao što je natrijev ili kalijev hidroksid otapaju staklo polako ali postojano.
• Alkalne otopine koje su mjesecima stajale u boci ispiraju natrij s površine i ostavljaju zamućen, urezan film.
• Ponovljeni vrući alkalni ciklusi pranja u perilici zamagljuju površinu volumetrijskog posuđa i mogu utjecati na fini otvor bireta i pipeta.

Za rutinsko čišćenje, neutralni ili blago kiseli deterdženti nakon kojih slijedi ispiranje destiliranom vodom nježniji su od jakih alkalnih kupki, posebno za mjerno posuđe klase A gdje stanje površine utječe na točnost.

Gdje se borosilikatno staklo 3.3 koristi u laboratoriju

Budući da materijal kombinira toplinsku stabilnost, kemijsku inertnost i optičku jasnoću, pojavljuje se gotovo posvuda u radnom laboratoriju:

• Reakcijski rad: tikvice s okruglim dnom s jednim i više grla, reakcijske tikvice s omotom, stolni reaktori i veće pilotske posude s odgovarajućim poklopcima i adapterima za miješanje.
• Refluks i kondenzacija: Liebig, Allihn, Graham i zračni kondenzatori, hladni prsti i kompletni refluks sklopovi.
• Destilacija i isparavanje: destilacijske glave, frakcionirajuće kolone, materijali za pakiranje, vakuumski adapteri za odvod, žarulje protiv prskanja i komponente rotacijskog isparivača.
• Filtriranje: lijevci i lončići od sinteriranog stakla, tikvice za filtriranje i sklopovi za potpuno vakuumsko filtriranje.
• Skladištenje i rukovanje: boce s reagensima s čepovima na navoj, bočice s uzorcima, eksikatori, boce za pranje plina i spremnici otapala.
• Mjerenje i analiza: odmjerne tikvice, birete, graduirane pipete, graduirani cilindri, kromatografske kolone, TLC spremnici za razvijanje i NMR cijevi.
• Proces i pilot skala: stakleni reaktorski sustavi, prijenosne linije i prozori za kontrolna stakla za postrojenja koja rukuju korozivnim medijima.

Ako je vaš posao usredotočen na sintezu, tikvica s tri grla i okruglog dna od stakla klase A 3.3 komad je za kojim ćete najčešće posegnuti. Prihvaća mješalicu, termometar ili lijevak za dodavanje i kondenzator u isto vrijeme, a standardni konusi čine ga zamjenjivim sa svim ostalim u spojnom sustavu.

Tikvica s tri grla i okruglog dna klase A za laboratorijsku sintezu Trogrla tikvica s okruglim dnom klase A za organsku sintezu i kontrolirano zagrijavanje, dostupna u veličinama od 50 mL do 2000 mL sa standardnim spojevima. Pogledajte proizvod →

Što se tiče pohrane, boca s plavim čepom od borosilikatnog stakla visine 3,3 tihi je konj na polici: čep na navoj brtvi bez masti, stjenka je dovoljno debela za svakodnevno rukovanje, a materijal odbija kiseline i otapala koji se najčešće drže nadohvat ruke.

Boca reagensa s plavim poklopcem od borosilikatnog stakla 3,3 Boca s borosilikatnim reagensom 3.3 s plavim čepom za sigurno laboratorijsko skladištenje reagensa, dostupna od 100 mL do 20 000 mL s brtvom s navojem. Pogledajte proizvod →

Praktične napomene za rad sa staklenim posuđem 3.3

Nekoliko navika omogućuje da stakleno posuđe 3.3 služi godinama, a ne mjesecima:

1. Sastavite brušene spojeve čiste i suhe ako je moguće. Ako zapornu slavinu treba podmazati, upotrijebite PTFE nastavke ili malo silikonske masti i očistite je nakon toga.
2. Poduprite tikvice s više grla i teške kondenzatore stezaljkama postavljenim iznad spoja. Staklo nikada ne smije nositi vlastitu težinu pod kutom.
3. Zabrtvite spojeve blagim okretanjem, a ne silom. Začepljeni konus obično počinje sa savijenim, prljavim ili previše zategnutim spojem.
4. Polako zagrijavajte plaštom, uljnom kupkom ili grijaćim blokom. Izbjegavajte izravan plamen i nikada ne zagrijavajte tanku točku ili popravljeno područje.
5. Ohladiti postepeno. Ispiranje tikvice izravno iz kupelji od 200 °C pod hladnom vodom je najčešći uzrok neobjašnjivog loma.
6. Gledajte temperaturne razlike radije nego apsolutne temperature. 3.3 staklo udobno podnosi 300 °C; protivi se gradijentu od 150 K preko nekoliko centimetara zida.
7. Provjerite ima li na naplatcima i spojevima finih pukotina prije bilo kakvog rada s usisavačem. Evakuirano stakleno posuđe skladišti iznenađujuću količinu energije.

Odabir 3.3 staklenog posuđa koji odgovara vašem poslu

Kada uspoređujete kataloge, tražite brojku proširenja umjesto riječi "borosilikat". Neutralno staklo i drugi materijali visoke ekspanzije ponekad se slobodno opisuju kao borosilikati, ali se na grijaćoj ploči ponašaju sasvim drugačije. Osim materijala, provjerite veličinu spojeva u odnosu na stakleno posuđe koje već posjedujete, debljinu stijenke za toplinsko opterećenje koje očekujete i ima li mjerno posuđe oznaku klase A.

Shanghai Heqi Glassware proizvodi standardno brušeno stakleno posuđe od 2002. godine, s našim vlastitim radionicama za staklo, obradu metala i montažu, a isporučujemo i vlastite komade i instrumente drugih proizvođača tako da laboratorij može izraditi kompletnu postavu jednom narudžbom. Ako niste sigurni je li određena boca ili boca originalna 3.3, rado ćemo porazgovarati o specifikaciji s vama prije kupnje.

Čak i obična čaša niskog oblika ima koristi od iste discipline. Čaša od 3,3 s debelom stijenkom i ravnim dnom ravnomjerno se zagrijava na grijaćoj ploči, preživljava brzo premještanje na hladnu stolu i omogućuje vam promatranje otopine bez naprezanja očiju.

Borosilikatna staklena čaša niskog oblika za laboratorijsku kemiju Borosilikatna čaša niskog oblika 3.3 za ravnomjerno zagrijavanje i jasno promatranje reakcije, s izljevom za izlijevanje i ravnim dnom za miješanje. Pogledajte proizvod →

Borosilikatno staklo 3.3 jedan je od rijetkih laboratorijskih standarda koji je ostao nepromijenjen desetljećima, a cijela je poanta stabilnosti. Broj vam govori o ekspanziji, ekspanzija vam govori o toplinskom ponašanju, a standard vam govori da će spoj jednog proizvođača i dalje odgovarati kondenzatoru drugog. Odaberite svoje stakleno posuđe prema tim uvjetima, nježno postupajte sa spojevima, držite vruće alkalne kupke podalje od njega i ono će raditi na vašoj stolici jako dugo.