זכוכית

זכוכית בצורתה הטהורה היא חומר שקוף, חזק באופן יחסי, עמיד לשחיקה ועמיד בדרך כלל מבחינה כימית וביולוגית. הזכוכית העתיקה הייתה מסיסה (תהליך איטי). ניתן ליצור זכוכית ממגוון רחב של חומרים, אולם רק מספר מצומצם של חומרים אכן נמצא בשימוש.

חומר זכוכיתי הוא מוצק אמורפי אחיד, המיוצר על-פי רוב על ידי קירור^[1] של חומר צמיגי, כך שלשריג הגבישי אין די זמן להיווצר. לחומרים אלו יש טמפרטורה אופיינית למעברם ממצב צמיגי (גומי) למצב זכוכיתי ומכונה "מעבר זכוכיתי" ומסומנת בספרות על ידי Tg.

ניתן לעצב את הזכוכית בקלות רבה לגופים בעלי שטח פנים חלק ובלתי חדיר. תכונות אלו הופכות את הזכוכית לחומר בעל מגוון רחב של שימושים. עם זאת, הזכוכית שבירה למדי ועלולה להתנפץ לרסיסים חדים. תכונותיה השונות של הזכוכית עשויות להשתנות על ידי הוספת מרכיבים שונים או טיפול בחום.

היסטוריה עריכה

פרק זה לוקה בחסר. אנא תרמו לוויקיפדיה והשלימו אותו. ייתכן שתמצאו פירוט בדף השיחה.

שני כבשנים להכנת זכוכית גולמית מחורבת עסאפנה שהועתקו לשטח בית חינוך כרמל זבולון ביגור. באתר נמצאו 4 כבשנים. שניים הועתקו למוזיאון המזגגה.

בני אדם השתמשו בזכוכית געשית, הנקראת אובסידיאן, כבר בתקופת האבן. האובסידיאן סותת לסכינים וראשי חיצים חדים ביותר. לעיתים נישאו כלי האובסידיאן או חומר הגלם למרחק ניכר ממקום החציבה כבר בתקופה הפלאוליתית התיכונה^[2]. ייצור של זכוכית על ידי בני אדם התחיל כ־5,000-6,000 שנים לפני זמננו. בשריפה של זרעים. האפר שנישאר מהשריפה התחבר עם החול בטמפרטורה גבוהה ונוצרה זכוכית סיליקטית המכילה 60% SiO2. בהוספה של אשלגן חמצני K₂O אפשר לקבל זכוכית שקופה. אנשים השתמשו בזכוכית הזאת ליצור תכשיטים ובקבוקונים.

בכתב העת Antiquity, פורסם ב-2023, כי נמצאו שרידים מסדנת הזכוכית הקדומה ביותר מלפני 2000 שנים באתר נמצ'יצה הנחשב אחד מאתרי ההתיישבות החשובים ביותר במאה ה-3-2 לפנה"ס, בתקופת לה טאן, בו היו מרכז ייצור, מסחר, מושב לאליטות ומרכז פולחני^[3].
בחצי השני של המאה העשרים התרחב השימוש בזכוכית כחומר ליצירת המעטפת של בניינים, ובפרט למעטפת של גורדי שחקים.

לדעת מחבר הספר "ספר היוחסין^[4]", הומצא שימוש מודרני בזכוכית, לייצור מראות. "ובשנת ג' אלפים ותש"ע^[5] היה איש שהמציא המראה של זכוכית", כנראה בידי חוקר יווני/רומאי.

הזכוכית במקרא ובתלמוד עריכה

פכית, שפופרת תמרוקים ותכשיטים מזכוכית שנמצאו בחורבת קסטרא מהתקופה הרומית המאוחרת-ביזנטית

השם "זכוכית" מוזכר פעם אחת במקרא: ”לֹא יַעַרְכֶנָּה זָהָב וּזְכוֹכִית, וּתְמוּרָתָהּ כְּלִי פָז.” (ספר איוב, פרק כ"ח, פסוק י"ז), כתיאור לכלים יקרים.

מקור המילה עריכה

מקור המילה הוא עקב תכונת הזַכּוּת המאפיינת אותה. חוקר התלמוד הרב יהושע בראנד, בספרו כלי זכוכית בספרות התלמוד^[6], מצביע על מונחים נוספים במקרא, שלדעתו פירושם זכוכית, כגון: "חול", "חלונות אטומות" ועוד.

בלשון חז"ל נקראה הזכוכית גם "סכוכית" (תוספתא מסכת שבת) או "זוגיתא" (תלמוד בבלי מסכת ברכות). בימי חז"ל הייתה הזכוכית יקרה מאוד מפני שהיה קשה מאוד לזככה ולייצר זכוכית שקופה או 'זכוכית לבנה' בלשון חז"ל. הגמרא^[7] מספרת שכוס מזכוכית לבנה הייתה שווה 400 זוז.

סוגי זכוכית עריכה

תוספות מטאליות בתערובת הזכוכית יכולות ליצור מגוון של צבעים. כאן קובלט הוסף כדי להעניק לזכוכית צבע כחלחל.

זכוכית יכולה להיות שקופה ושטוחה או בעלת צורות וצבעים מיוחדים כפי שניתן לראות בכדור זכוכית זה - Verreries de Bréhat בבריטני.

הזכוכית הנפוצה סודה ליים (Soda-lime) עריכה

הזכוכית הנפוצה ביותר בשימוש נקראת Soda-Lime glass והיא משפחת ההרכבים הנפוצה ביותר ומשמשת בין היתר לחלונות ועיצוב הבית וכן לבקבוקים. מכילה 8 סוגי תחמוצות, ביניהם - סיליקה (72.5%), אלומינה (1.5%), סידן חמצני (7.5%), נתרן חמצני (14.5%), מגנזיום חמצני (3.77%), תחמוצת ברזל (0.1%) ותחמוצת אשלגן (0.7%). הרכבה מ-81%−63%^[8] צורן דו-חמצני (SiO₂ - קוורץ, חומר הגלם - חול), נתרן פחמתי Soda (להורדת טמפרטורת ההתכה ומניעת גיבוש) וגיר (סידן פחמתי) Lime להעלאת היציבות הכימית.

הרכב התוספים בזכוכית, וסוגי התוספים מאפשר קבלת זכוכיות שונות עם תכונות מכניות, אופטיות שונות המתאימות למגוון שימושים.

נקודת ההתכה של סיליקה טהורה (SiO₂) היא בערך 2,000°C. להקלת ההכנה מוסיפים מספר חומרים כמו נתרן פחמתי ("סודה לכביסה" - סודיום קרבונט: Na₂CO₃) המורידים את טמפרטורת ההתכה ל-1,000°C בקירוב.

זכוכית שלא תמוחזר תתפרק רק לאחר כמיליון שנים.

זכוכית בידודית עריכה

זכוכית בידודית (double glazing) היא חלון המורכב משתי שכבות זכוכית או יותר המחוברות על ידי מסגרת (לרוב מאלומיניום), כאשר המסגרת מכילה סופחי לחות למניעת היווצרות אדים על חלקן הפנימי של השמשות. לעיתים בין השמשות יש גז מסוג ארגון להעצמת הבידוד התרמי והאקוסטי. מטרתה לבודד את חלל הבית הפנימי מהרעש וממזג האוויר שבחוץ.

זכוכית משוריינת עריכה

זכוכית בעלת מבנה המשלב זכוכית וחומרים פולימריים שונים בצורת שכבות מתחלפות, על מנת להפוך אותה לעמידה לפגיעת תחמושת של נשק קל (רובים וכדומה). התוצאה היא חלון משוריין ולא זכוכית משוריינת. בעת הפגיעה החלון מתרסק ונהרס, אך שומר על עמידותו בפני מספר מוגדר של פגיעות. בעולם נהוג דירוג של רמות איום, שבו החלונות הנפוצים עמידים לפגיעת קליעי נק"ל. חלונות משוריינים המשמשים כלי רכב צבאיים כבדים עמידים אף לאש מקלעים כבדים ורסיסים הנוצרים מפצצות ומטענים.

זכוכית מחוסמת בחלון אחורי של מכונית. ניתן לראות את הבדלי המאמץ בצילום דרך פילטר מקטב (תמונה תחתונה)

זכוכית מחוסמת עריכה

זכוכית שעברה חימום מבוקר לטמפרטורה של כ-700 מעלות צלזיוס ולאחר מכן קירור מהיר מאוד באוויר. תהליך זה גורם להכנסת מאמצים בזכוכית והופך אותה לבעלת חוזק גבוה פי 3–5 מאשר זכוכית רגילה (מורפית, שעברה הרפיה). החוזק נובע ממאמצי לחיצה שנוצרים בפני השטח של הזכוכית ואלו מקשים על התקדמות סדקים בזכוכית.

פיברגלס (סיבי-זכוכית) עריכה

סיבי זכוכית המיוצרים על ידי דחיסת זכוכית מותכת דרך חורים זעירים בבסיס הכבשן. כך נוצרים חוטים דקים מאוד שאפשר ליצור מהם אריגים קלים וחזקים. פיברגלס גם מגן מפני חום וחסין אש, ולכן בגדי הכבאים עשויים פיברגלס^[9].

כלי זכוכית המיוצרים בניפוח עריכה

עשויים למעשה מזכוכית רגילה, אך טכניקת הייצור שלהם מאפשרת להם להיות דקים ועדינים. כלים אלה משמשים בעיקר לקישוט. במדינת ישראל נפוצים כלים כאלה המיוצרים בחברון ומכונים "זכוכית חברון".

בעל המקצוע המכין כלים אלה מכונה "נפח זכוכית". זאת גם משום שהוא מנפח את הזכוכית המומסת באוויר וגם משום שטכניקה זו שאלה כמה מהכלים המשמשים את נפחי המתכת.

ייצור זכוכית עריכה

פך מזכוכית עשוי בניפוח ועליו כתובת יוונית "אניון עשה אותו". מירושלים מתוארך למאה הראשונה לספירה, מוזיאון ישראל

זכוכית גולמית מתקבלת כתוצאה מחימום רכיבי התערובת בכור היתוך. את הזכוכית הגולמית בדרך כלל מייצרים מחול SiO₂, סודה Na₂CO₃, וסיד CaO. את כל הרכיבים מערבבים במכל ערבוב מיוחד ומחממים לטמפרטורה של 1,000°C ומתרחשת הריאקציה הבאה:

Na₂CO₃ + 2SiO₂ + CaO → Na₂SiO₃ + CaSiO₃ + CO₂

מהזכוכית הגולמית ניתן להפיק מגוון רחב של זכוכיות שונות.

הרכב זכוכית עריכה

ניתן למיין זכוכיות על פי הרכב היסודות המרכיבים את מבנה התחמוצת כלומר הקשורים לחמצנים מגשרים (יוצרי רשת Network formers או network intermediates). המשותף לכל הזכוכיות שהמרכיב העיקרי הוא סיליקה, בדרך כלל באחוז גבוה מ-50% מהרכב הזכוכית.
• זכוכית סיליקטית SiO₂
• אלומוסיליקטית Al₂O₃;SiO2
• בורוסיליקטית B₂O₃;SiO₂
• בורואלומוסיליקטית B₂O₃;Al₂O₃;SiO₂
• אלומופוספטית P₂O₅;Al₂O₃;SiO₂
• בורואלומופוספטית B₂O₃;Al₂O3;P₂O₅
• אלומוסיליקופוספטית Al₂O3;SiO₂;P₂O₅
• פוספוונדית P₂O5;V2O₅
• סיליקוטיטנית SiO2;TiO₂
• סיליקוצירקונית SiO2;ZrO

מבנה הזכוכית עריכה

מבנה מיקרו של זכוכית על פי מודל של זכריאסן random network

ממיינים את היסודות המשתתפים, לצד החמצן, בבניית הזכוכית ל-3 משפחות:

יוצרי רשת (Network formers) הקשורים קוולנטית לחמצנים מגשרים
משני רשת (Network modifiers) יוצרים קשרים יוניים עם חמצניים שאינם מגשרים (ב"קצוות פתוחים") לדוגמה מתכות אלקליות כנתרן ואשלגן או מתכות אלקליות עפרוריות כסידן או מגנזיום
חומרי ביניים (Network intermediates),לדוגמה: BeO, Al₂O₃, Ga₂O₃, Fe₂O₃, TiO₂, V₂O₅, Sb₂O₅, Nb₂O5 שניתן לשלב ברשת החמצנים בריכוזים משתנים ויכולים להמצא גם כיונים בקצוות.

מודל רשת אקראית של זכריאסן (1932) עריכה

זכריאסן חקר את המבנה של זכוכיות תחמוצת ועל סמך פיזור קרני X הוא גילה שיש להן סדר לטווח קצר, אך אין להם סדר לטווח הארוך. לכן לפי זכריאסן, בין זכוכית וגביש יש דמיון רק לטווח קצר, אך לטווח ארוך המבנה הזכוכית לא שומר על מחזוריות כמו הגביש. על סמך התוצאות האלה הוא הגיע למסקנה שהזכוכית היא בעלת מבנה של רשת אקראית והציע את המודל שניתן לסכמו בכללים הבאים:

כל אטום חמצן מחובר ללא יותר משני קטיונים.
מספר אטומי חמצן מסביב לקטיון צריך להיות קטן (ארבעה או פחות)
לפאוני חמצן יש יותר פינות משותפות מאשר צלעות או פאות
לפחות שלוש פינות של כל פאוני חמצן הן משותפות

כללים האלה מנבאים נכון את יצירת זכוכית מתחמוצות כמו: SiO₂, GeO₂, B₂O3, P₂O₅, כלומר מנבאים איזה יסוד יהיה "יוצר רשת" בזכוכית.

שימושים בתעשייה עריכה

שלוש צלמיות מיחזור שונות על אריזה אחת, לזכוכית פלסטיק ונייר. סמלילים אלו מודפסים באריזות שונות בישראל, על מנת ליידע את הציבור באיזה מכל מיחזור יש לשים את המוצר לאחר תום השימוש. סמליל מיחזור זכוכית הוא בצבע סגול.

לזכוכיות העשויות מתרכובות יוצרות רשת, יש שימושים מוגבלים. למשל, תחמוצת של בור טהור (B2O3(Tg~4500C לא עמידה למים. זכוכית המכילה תחמוצת צורן SiO2 אשר שימושית בגלל עמידות כימית גם בטמפרטורות גבוהות במיוחד (עד 1,750°C), בעלת התנגדות לשינוי טמפרטורות (thermal shoc). זכוכית זאת מוכרחה להיות מעובדת בטמפרטורות שמעל 1,500°C. רוב סוגי הזכוכית השימושיים מכילים תוספים אשר מורידות את טמפרטורת העיבוד ומאפשרות קבלת תכונות רצויות ליישום. זכוכית לתעשייה מכילה לפחות חמש תחמוצות, לדוגמה זכוכית אופטית, מכילה יותר מעשר תחמוצות.

הוספת תרכובות יוניות ותחמוצות לזכוכית עריכה

מבנה סיליקטים עם יוני מגנזיום בין שני טטראדרלים (bonding oxygen)

מוסיפים לזכוכית תרכובות יוניות (תחמוצות) ממספר סיבות:

לקבלת זכוכית צבעונית. לדוגמה:
CuO – תחמוצת נחושת – גוון כחול

FeO – תחמוצת ברזל – גוון ירוק

Fe₂O₃ – תחמוצת ברזל – גוון חום
לזכוכית בה הוחלף חלק של סיליקה בתחמוצות בור, יש עמידות רבה לחום וכן עמידות כימית גבוהה. ניתן למצוא כמה סוגי תחמוצות בזכוכית. התחמוצת ממנה בנויה מטריצת הזכוכית (לדוגמה, סיליקה) נקראת:

תוסף הנמצא בזכוכית כחלק מהרשת נקרא intermediate.
תוסף השובר את רשת הזכוכית נקרא modifier.

קטיונים של נתרן ואשלגן הם network-modifier – אינם קשורים קוולנטית לרשת הטטראדרות היוצרת את הזכוכית אלא קשורים יונית לחמצנים בלתי מגשרים ויכולים לעבור דיפוזיה או לדלוף מהזכוכית (חילוף יונים) לתמיסות.

ישנם יוני חמצן אשר פועלים כגשרים בין יחידות הטטראדרים הנקראים bonding-oxygen. וישנם גם יוני חמצן שאינם משתתפים ביצירת מבנה הרשת ונקראים: אי גישור, non bonding-oxygen.

ישנן שלוש פעילויות עיקריות של מסיימי רשת:

שבירת הקשרים A-O-A ויצירת אי גישור.
הגברת התיאום של קטיון וחמצן.
שילוב של שניהם.

תוספת Na₂O מורידה באופן משמעותי את טמפרטורת ההיתוך ואת הצמיגות של הזכוכית
תוספת של Cao עוזרת להקטין את מסיסות הזכוכית במים
כאשר היחס חמצן/סיליקון עולה על 2.5-3.0, קשה מאוד לקבל זכוכית ללא שימוש בתנאי הכנה מיוחדים, כגון קירור מהיר.

זכוכית קרמית עריכה

בזכות עמידות הזכוכית הקרמית לחום, נהוג להשתמש בה כבסיס לכיריים חשמליות

בניגוד לזכוכית רגילה בעלת מבנה מולקולרי לא מסודר, זכוכית קרמית מכילה גבישים והיא בעלת מבנה דו פאזי: מיקרו-גבישים שביניהם אזורים אמורפיים. הפאזה הגבישית מהווה בין 30% ל-70% מולרי.

השימוש בזכוכית קרמיות החל בשנת 1950 והתגלה על ידי סטוקי (S.D. Stookey). סטוקי גילה במקרה את הזכוכית הקרמית. הוא השאיר בתנור שפעל בטמפרטורה גבוהה תערובת של זכוכית העשויה מליתיום סילקאט וכסף. בחזרתו, מצא סטוקי חומר קרמי לבן במקום "שלולית" של זכוכית מותכת אותה ציפה לראות. הדבר קרה מפני שהכסף היווה מרכז נוקלאציה (מרכז גיבוש), וגרם ליצירת מבנה קריסטלי של הזכוכית.

בתחילת דרכם לחומרים אלו מבנה זכוכיתי. לאחר חימום והוספת חומרים שונים, הם הופכים להיות חומרים בעלי תכונות קרמיות. לזכוכית רגילה יש מבנה אמפורי, כלומר יש סדר מקומי אך אין מבנה קריסטלי מסודר, אין תאי יחידה שחוזרים על עצמם, בניגוד לזכוכית קרמית שבה פזורים בתווך האמורפי אזורים בהם האטומים מסודרים במבנה מסודר כלומר יש תאי יחידה שחוזרים על עצמם.

על מנת להכין זכוכית קרמית, יש להתיך את הזכוכית, ולשפוך את החומר המותך לתוך כלי בצורה הרצויה. קצב הקירור צריך לאפשר צמיחת גבישים. בתחילת המאה ה-21 עלה הביקוש לזכוכית קרמית, בעיקר בשל העובדה שניתן לעבד את החומר בקלות כמו זכוכית רגילה, ועם זאת מתקבל חומר בעל תכונות קרמיות רצויות כמו עמידות לזעזוע תרמי, קשיחות, רגישות לאור ועוד.

יתרון נוסף של הזכוכית הקרמית נעוץ בעובדה שניתן ליצור צורות מגוונות עם תכונות קרמיות מה שלא ניתן לעשות עם חומרים קרמיים אחרים. Owens-Corning Fiberglass (OCF) E-glass היא זכוכית העשויה מתרכובת של קלציום-אלומינו-סיליקאט בתוספת של מגנזיום, בור, ברזל, טיטניום וסודיום אוקסיד. לחומר זה יש עמידות גבוהה לחום ועמידות גבוהה למים.

שיטות ייצור של זכוכית קרמית עריכה

על מנת ליצור זכוכית קרמית, יש לחמם זכוכית רגילה, לקרר ולחמם שוב. אך טיפול בחום אינו מספיק. כי צריך להוסיף חומר שיוכל לעשות נוקלאציה ובכך לאפשר את תחילת הגידול הגבישי. במטרה להפוך את הזכוכית לזכוכית קרמית בעלת מבנה קריסטלי, קודם כל יש לטפל בחומר בטמפרטורה של כ-1,000°C, בין שעה לשעתיים במטרה ליצור זכוכית רגילה.

לאחר מכן לוקחים גולות במסה של 25–30 גרם, ושמים על משטח פלטינה. הגולות מחוממות ל-1,500°C במשך 30 דקות, ולאחר 30 דקות מוציאים את הגולות המותכות ומקררים אותן בטמפרטורת החדר. אם יש צורך בהוספת חומרים נוספים לקבלת חומר בעל תכונות רצויות, אז טוחנים את הזכוכית לאבקה, ומוסיפים לה את התוסף הרצוי, ושמים שוב לחימום באותם התנאים, למשך 30 דקות נוספות. התוסף הוא בדרך כלל מלח. המלחים הנפוצים שמוסיפים על מנת ליצור זכוכית במבנה קריסטלי הם: ליתיום פחמתי Li₂CO3, אלומיניום חמצני Al₂O3, סידן חמצני CaO וטיטניום אוקסיד TiO₂.

ניתן לקבל זכוכיות קרמיות עם תכונות שונות בזכות הוספת תוספים שונים וחימום לזמנים שונים. יעילות התוסף נמדדת בהתאם לעובי שכבת הזכוכית הנוצרת - ככל שהשכבה עבה יותר התוסף הוא יותר יעיל. זכוכית ללא תוספים לא יכולה ליצור מבנה קריסטלי מכיוון שאין חומר שיוכל לאפשר את תחילתו של מרכז הגיבוש.

שימושים עריכה

בזכות תכונותיהן של הזכוכיות הקרמיות ניתן להשתמש בהם בסירי בישול, פלטות לבישול חשמלי, מראות טלסקופיות וחלונות מאובטחים.

קצב נוקלאציה (התגרענות) עריכה

על מנת שזכוכית תעבור ממצב של מבנה אמפורי למבנה קריסטלי צריך ליצור תהליך נוקלאציה. תהליך זה מתרחש עם חימום הזכוכית, קירור הזכוכית ואז שוב חימום מעל ל-Tg.

קצב הנוקלאציה (התגרענות) תלוי בצמיגות של הזכוכית, באנרגיה החופשית של תהליך הנוקלאציה, בתדירות הוויברציה ובטמפרטורה.

$N=\omega C_{0}exp-\{\Delta G*/kT\}$

${\textstyle N}$ – קצב הנוקלאציה

${\textstyle *G\Delta }$ – האנרגיה החופשית של תהליך הנוקלאציה.

${\textstyle \omega }$ – תדירות הוויברציה

${\textstyle C_{0}}$ – צפיפות המולקולות ל-m³

תכונות זכוכית המיועדת לשימושים אופטיים עריכה

ישנם מאפינים רבים הקובעים את התאמתה של זכוכית מסוימת לשימוש אופטי, בניהן בליעה כפונקציה של אורך גל (המשפיעה על הצבע), פגמים פנימיים בזכוכית (תכליל, inclusion) וכמובן מקדם שבירה ומספר אבה והטולרנסים (אנ') שלהם^[10].^[11] בנוסף ישנם מאפיינים של הזכוכית כחומר גלם לאלמנט אופטי שעבורו יש להגדיר את הסטיה מהממדים הנדרשים, טעויות מירכוז, הסטיה מהצורה המדויקת (surface figure, surface power), איכות פני שטח (S&D), חיספוס (אנ') (roughness) וכיוצא בזה^[12]^[10]. מאפינים אלו מבוקרים על ידי תקנים בינלאומיים כמו MIL-PRF-13830B, MIL-G-174B ורבים אחרים^[13]^[14].

תכונות אופטיות עריכה

תכונות אופטיות של חומר מתארות את תגובת החומר למעבר אור דרכו. כאשר אור פוגע בחומר מסוים הוא יכול להיבלע בו, לחזור ממנו, או לעבור דרכו. למרבית השימושים, חשוב לבחון את יכולת החומר להעביר אור דרכו. תכונה זו כמעט הפוכה להחזרה, כאשר האור שאינו מועבר או מוחזר, נבלע. בליעת אור מתרחשת כאשר אור פוגע בחומר, והאנרגיה שלו נספגת בחומר באופן חלקי או מלא. חומר שקוף, בדומה לזכוכית שבשמשת החלון, מעביר כמעט את כל האור הפוגע בו. לכן ניתן לראות דמויות הנמצאות מצדו האחר.

הדרישה לזכוכיות בעלות תכונות אופטיות מסוימות הולכת ועולה בשנים האחרונות. תכונות אופטיות של זכוכית הן תכונות פיזיקליות, אך הן תלויות בהרכב הכימי של החומרים מהם עשויה הזכוכית. מרבית הזכוכיות יכולות להעביר דרכן את האור הנראה. זיהומים בזכוכית כגון נחושת או ברזל מורידים את היכולת של הזכוכית להעביר דרכה אור. גוון ירקרק של זכוכית (שניתן לראותו, למשל, כשמסתכלים בזכוכית מראה או חלון מהצד) נובע מהמצאות יוני ברזל.

בזכות יכולתם של הזכוכית להעביר את האור בתחום הנראה והאינפרא אדום הקרוב דרכן יש לזכוכיות שימושים רבים כגון: שמשות לחלונות, סיב אופטי, שימוש ביצירת קישוטים לבית ונברשות, עדשות למשקפיים, מצלמה ועוד.

לזכוכיות שונות יש מקדמי שבירה שונים (refractive index). מקדם שבירה - מקדם שבירה היא תכונה פיזיקלית של חומר שקוף, המציינת את שינוי הזווית של האור המועבר. מקדם השבירה תלוי בהרכב הכימי של הזכוכית ובמאמצים הפועלים בה.

זכוכית פוטוכרומית – היא זכוכית המתכהה כאשר נחשפת לאור השמש כתוצאה מפרוק גבישים של מלחי כסף באור UV ויצירת כסף מתכתי אטום. כאשר הקרינה נפסקת הגוון הכהה של הזכוכית נעלם כיוון שהכסף שוב מתחמצן לקבלת מלחים שקופים.

זכוכית פוטוכרומית, נהוג להשתמש בה בעדשות משקפיים המתכהות באור השמש

צבע עריכה

צבע זכוכית תלוי בדברים הבאים:

ביכולת של הזכוכית לבלוע אור.
פיזור אורכי הגל של האור הנראה.
רגישות לאור (photosensitivity).
יכולת פלואורסצנציה.

כל הדברים לעיל מושפעים כתוצאה ממעבר אלקטרונים בשדה חשמלי, מקיומם של יוני מתכות טעונים או ממעבר של פוטונים.

זכוכית צבעונית עריכה

זכוכית המתקבלת על ידי הוספת מלחים או תחמוצות:

CuO - תחמוצת נחושת - גוון כחול.
FeO - תחמוצת ברזל - גוון ירוק.
Fe₂O3 - תחמוצת ברזל - גוון חום.
יון ניקל Ni⁺² - כחול סגול או שחור.
יון כרום Cr⁺³ - ירוק כהה.

שימושי הזכוכית הצבעונית הם בעיקר בתחום האומנות.

ישנן זכוכיות השקופות לחלוטין לאור נראה, ואטומות לחלוטין לאור אינפרה אדום. וישנן זכוכיות כמו קוורץ, היכולות להעביר גם את האור הנראה וגם את האור האינפרה אדום.

תכונות מכניות עריכה

בתכנון עדשות ואלמנטים אופטיים אחרים יש לעיתים גם להתחשב בתכונות המכניות של החומר. תכונות אלו כוללות את מודול האלסטיות (קבוע יאנג), קשיות, מקדם התפשטות, צפיפות סגולית ועוד^[15].^[11]

תכונות כימיות עריכה

תכונות נוספות שחשובות לשימושים שונים של זכוכית כחומר גלם אופטי מבוססות על התכונות הכימיות של סוג הזכוכית הספציפי. תכונות אלו הן, למשל, עמידות בפני חומצות ובסיסים, ועמידות בפני ספיחת מיים^[16].

ראו גם עריכה

לקריאה נוספת עריכה

Prindle WR, Danielson PS, and Malmendier JW. (1991). "Glass Processing', in Engineered Materials Handbook: Ceramics and Glasses, Vol. * ASM International, Materials Park, OH, pp. 377-394
Duan, R.G. and Liang, K.M. (1998) "A Study on the crystallization of CaO-Al2O3-SiO2 system glasses". Journal of Materials Processing Technology, vol. 75, iss. 1-3, pp. 235-239

קישורים חיצוניים עריכה

בלדד השוחי, איך עושים זכוכית?, באתר ערוץ עשר
מבוא לאספנות זכוכית עתיקה באתר קולקט
אורלי פיישטר; בועז גטניו, הזכוכית: שקופה, צבעונית ומתנפחת. הספרייה הווירטואלית של מטח
ביתן הזכוכית במוזיאון ארץ ישראל בתל אביב
פיטר גוין, מתכת שהיא זכוכית. מדע - עיתון מדעי לכל
שושנה צובל, "זכוכית", מאי 2004, המרכז להשתלמויות מורים - שלומי(הקישור אינו פעיל)
מה היא זכוכית קרמית? (באנגלית)
Zanotto, E.D. (2008). Transparent glass - ceramics. International Materials Institute for New Functionality in Glass (באנגלית)
תכונות אופטיות של זכוכית; הפקולטה למדע החומרים וקרמיקה, אוניברסיטה למדע וטכנולוגיה על שמו של סטניסלב סטאז'ץ' (באנגלית)
זכוכית באתר אוניברסיטת סטנפורד
זכוכית באתר של פרופ' א. נלסון מפקוטלה לחומרי כדור הארץ אוניברסיטת טוליין(הקישור אינו פעיל) (באנגלית)
?Why is glass transparent סרטון המסביר מדוע הזכוכית שקופה
ניפוח זכוכית, המפוח האנושי, 1938, ארכיון הסרטונים של AP
זכוכית, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)
זכוכית, דף שער בספרייה הלאומית

הערות שוליים עריכה

^ לעיתים נדרש קירור מהיר מאוד ולעיתים יחסית אטי. בכל אופן אין לקרר את החומר באופן אטי מדי כי אז עלול להיווצר מבנה גבישי
^ AGAZI NEGASH and M. S. SHACKLEY; GEOCHEMICAL PROVENANCE OF OBSIDIAN ARTEFACTS FROM THE MSA SITE OF PORC EPIC, ETHIOPIA; Archaeometry 48, 1 (2006) 1–12
^ ישראלי, יוגב (2023-07-25). "התגלתה סדנת הזכוכית הקדומה ביותר מצפון להרי האלפים". Ynet. נבדק ב-2023-07-25.
^ ספר יוחסין מאמר שישי
^ בשנה העשירית לספירה הנוצרית
^ ד"ר יהושע בראנד, כלי זכוכית בספרות התלמוד, בצירוף מחקרים ומאמרים, ירושלים: מוסד הרב קוק, תשל"ח-1978, פרק שלישי, עמ' 16 - 41: "הזכוכית וכלי הזכוכית במקרא".
^ ברכות לד ע"ב.
^ Glass composition, glass types
^ בגדי כבאים עשויים גם קוולר וספקטרה.
^ ¹ ² Optical Glass מאמר שסוקר מאפינים של הזכוכית כחומר גלם לאלמנטים אופטיים, באתר www.edmundoptics.ca (באנגלית)
^ ¹ ² Other Properties - Ohara Corp, ‏2022-11-22 (באנגלית אמריקאית)
^ Understanding Optical Specifications מאמר שסוקר איך מאפיינים ביצועים של אלמנטים אופטים, באתר www.edmundoptics.ca (באנגלית)
^ mil-g-174b Optical Glass QC, http://www.surplus-optics.com/ (באנגלית)
^ MIL-PRF-13830B, eksmaoptics.com (באנגלית)
^ Mechanical Properties - Ohara Corp, ‏2022-11-22 (באנגלית אמריקאית)
^ Chemical Properties - Ohara Corp, ‏2022-11-22 (באנגלית אמריקאית)

[1] לעיתים נדרש קירור מהיר מאוד ולעיתים יחסית אטי. בכל אופן אין לקרר את החומר באופן אטי מדי כי אז עלול להיווצר מבנה גבישי

[2] AGAZI NEGASH and M. S. SHACKLEY; GEOCHEMICAL PROVENANCE OF OBSIDIAN ARTEFACTS FROM THE MSA SITE OF PORC EPIC, ETHIOPIA; Archaeometry 48, 1 (2006) 1–12

[3] ישראלי, יוגב (2023-07-25). "התגלתה סדנת הזכוכית הקדומה ביותר מצפון להרי האלפים". Ynet. נבדק ב-2023-07-25.

[4] ספר יוחסין מאמר שישי

[5] בשנה העשירית לספירה הנוצרית

[6] ד"ר יהושע בראנד, כלי זכוכית בספרות התלמוד, בצירוף מחקרים ומאמרים, ירושלים: מוסד הרב קוק, תשל"ח-1978, פרק שלישי, עמ' 16 - 41: "הזכוכית וכלי הזכוכית במקרא".

[7] ברכות לד ע"ב.

[8] Glass composition, glass types

[9] בגדי כבאים עשויים גם קוולר וספקטרה.

[המאמר_Optical_Glass-10] ¹ ² Optical Glass מאמר שסוקר מאפינים של הזכוכית כחומר גלם לאלמנטים אופטיים, באתר www.edmundoptics.ca (באנגלית)

[:1-11] ¹ ² Other Properties - Ohara Corp, ‏2022-11-22 (באנגלית אמריקאית)

[12] Understanding Optical Specifications מאמר שסוקר איך מאפיינים ביצועים של אלמנטים אופטים, באתר www.edmundoptics.ca (באנגלית)

[13] -g-174b Optical Glass QC, http://www.surplus-optics.com/ (באנגלית)

[14] MIL-PRF-13830B, eksmaoptics.com (באנגלית)

[15] Mechanical Properties - Ohara Corp, ‏2022-11-22 (באנגלית אמריקאית)

[16] Chemical Properties - Ohara Corp, ‏2022-11-22 (באנגלית אמריקאית)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

מיזמי קרן ויקימדיה
ערך מילוני בוויקימילון: זכוכית
ציטוטים בוויקיציטוט: זכוכית
תמונות ומדיה בוויקישיתוף: זכוכית