Работа со стеклянной посудой и приборами.

Работа со стеклянной посудой и приборами.  

Термостойкость изделий из стекла

Под термостойкостью понимают способность материала выдерживать без разрушения резкие температурные перепады. Термостойкость изделий из стекла зависит от следующих факторов.

1. Термостойкость обратно пропорциональна значению коэффициента теплового расширения, который зависит от химического состава стекла.

Стекла, имеющие коэффициент теплового расширения в пределах (704-90) Ю-7 К-1 в интервале 20— 400 °С, обладают низкой термостойкостью. К этой группе относятся стекла ХС1 (23), ХС2, ХСЗ, ХУ-1, тюрингенское (Германия), «унихост» (ЧСФР), Х8 (Англия), свинцовые стекла и некоторые другие.

Повышенной термостойкостью обладают стекла, имеющие коэффициент теплового расширения в пределах (504-65) Ю-7 К-1. Наиболее распространенными из этой группы являются молибденовые стекла (дают вакуумно-плотный спай с металлическим молибденом), а также стекла ДГ-2 («Дружная горка»), ТХС1, ТХС2, «иенатерм» (Германия), «сиал» (ЧСФР), й20 (Германия).

Коэффициент теплового расширения стекол с вы: сокой термостойкостью равен (32-Г-49) • Ю-7 К- . К этой группе относятся стекла «пирекс» (или ТС), «симакс» (ЧСФР), «разотерм» (Германия), «дюран» (Германия), «термисил» (Польша) и др. Особо высокой термостойкостью обладают кварцевые стекла — их коэффициент теплового расширения составляет (5-5-7) • Ю-7 К-1.

Одно из требований техники безопасности заключается в необходимости строгого соответствия марки стекла характеру проводимой работы. Посуда из нетермостойкого стекла используется преимущественно для работ, не требующих нагревания. Допускается равномерное, без резких температурных перепадов нагревание нетермостойкой посуды примерно до 100 °С. Нельзя нагревать нетермостойкие стаканы и колбы на открытом огне или непосредственно на электроплитке, а также резко охлаждать нагретые сосуды.

Термостойкость, при прочих равных условиях, обратно пропорциональна толщине стенок. Так, например, сосуды из стекла «симакс» выдерживают перепад температур до 300 °С при толщине стенок 1 мм, 180 °С — при толщине 3 мм и только 100 °С — при толщине 10 мм.

Особенно следует оберегать от неравномерного нагревания толстостенные стеклянные изделия — эксикаторы, колбы Бунзена, склянки Тищенко, Вульфа, мерные цилиндры, массивные пробки стеклянных кранов и т. п. Их нельзя мыть очень горячей водой, помещать в разогретый сушильный шкаф, наливать в них горячие жидкости. Сушить толстостенную посуду рекомендуется на наклонных колышках. При необходимости сушки в сушильном шкафу посуду кладут в холодный шкаф и только затем включают обогрев. Вынутую из шкафа горячую посуду нельзя сразу ставить на холодные, а тем более мокрые поверхности. Для этого рядом со шкафом должен находиться лист асбестового картона.

Автор был очевидцем несколько необычного для лабораторной практики инцидента. Старший научный сотрудник В. занимался изучением реакции между галогеналкилом и раствором диметиламина в толуоле при температуре около 100 °С. С небольшими загрузками реагентов реакция обычно проводилась в стеклянных ампулах или небольшой стальной «бомбе». Для проведения реакции в большем масштабе — около.0,6 л — ввиду отсутствия стального сосуда соответствующего объема автор предложил В. использовать бутылку .из-под шампанского. Избыточное давление внутри сосуда в ходе реакции не могло превышать 2 ат, что исключало опасность взрыва бутылки. Пробка нестандартного реакционного сосуда была надежно укреплена. Бутылку поставили в холодную водяную баню и очень медленно нагрели до нужной температуры. Были приняты и другие меры предосторожности: створки вытяжного шкафа, в котором проводилась реакция, были опущены; в качестве дополнительной защиты использовали асбестовое одеяло.

Через несколько секунд раздался сильный хлопок и из-под приоткрытой створки вытяжного шкафа вылетел крупный осколок бутылки, едва не задев стоявшую поблизости сотрудницу. Общее недоумение продолжалось недолго — оплошность В. была Очевидной. Еще горячую бутылку (толстостенную и притом из нетермостойкого стекла!) он поставил на покрытую свинцом рабочую поверхность вытяжного шкафа. Естественно, что от перепада температур бутылка треснула и за счет внутреннего давления ее части с силой разлетелись.

В данной ситуации, как и во многих других инцидентах (см. пример на стр. 189), характерно, что авария произошла не в ходе наиболее опасного этапа работы, а на заключительной, неопасной стадии. Действительно, в ходе реакции за счет расходования диметила.мина избыточное давление в реакционном сосуде упало, реакция прошла успешно, обогрев водяной бани был выключен... Психологически понятно, что В. расслабился и, хотя и был опытным химиком, все-таки совершил элементарную ошибку. Подробно психологические причины несчастных случаев рассмотрены в работах М. А. Котика (27—29).

3. Термостойкость резко снижается при нарушении однородности структуры или состава стекла. В первую очередь это относится к различным инородным включениям: пузырям, камням, крупке (включение мелких зерен кварцевого песка), пене, свилям и др. Стеклянные заготовки, имеющие инородные включения, обычно отбраковываются на стадии стеклодувных работ. Однако при получении новой стеклянной посуды.ее необходимо тщательно просматривать. Изделия, имеющие пороки, нельзя использовать для работ, связанных с нагреванием.

Резко снижают термостойкость царапины и мельчайшие трещины на стеклянной посуде. Поскольку эти пороки могут появиться в процессе эксплуатации изделий, необходимо взять за правило перед использованием посуды каждый раз осматривать ее при хорошем освещении.

Неоднородность может быть следствием спаивания между собой заготовок из различных сортов стекла. В случае спаивания стекол со значительно различающимися коэффициентами теплового расширения, например стекол из разных групп термостойкости, спай неизбежно растрескивается при охлаждении. Стекла с близкими значениями коэффициента теплового расширения дают устойчивый спай, однако термостойкость в месте спая оказывается невысокой, даже если причине ответственные детали стеклянных приборов, к которым предъявляются требования термостойкости, должны быть обязательно изготовлены из стекла одной марки.

4. Важным фактором, влияющим на термостойкость изделий из стекла, является их правильный отжиг — специальная термическая обработка с целью ликвидации остаточных напряжений. Вследствие малой теплопроводности стекла при формовке деталей или пайке оно остывает неравномерно, что приводит к возникновению остаточных внутренних напряжений. Остаточные напряжения резко снижают прочность и термостойкость стеклянных изделий — плохо отожженные детали нередко трескаются даже при хранении, без какого-либо внешнего воздействия, поэтому использовать такие изделия опасно. Поскольку каждый сорт стекла требует особого температурного режима отжига, который зависит также от массы изделия, толщины стенок и т. д., отжиг должен производиться либо в заводских условиях, либо в стеклодувной мастерской квалифицированными специалистами. При изготовлении простейших стеклянных изделий непосредственно в лаборатории обязательно следует отжигать стекло в пламени горелки. Для этого еще горячую деталь сразу после ее изготовления помещают в широкое мягкое пламя горелки и, равномерно обогревая ее со всех сторон, постепенно уменьшают подачу воздуха до образования коптящего пламени. В зависимости от размера детали время отжига в пламени горелки должно быть не менее 2—5 мин.