Ħġieġ

Il-kelma Ħġieġ fis-sens komuni tirreferi għal solidu iebes, mqarqaċ u trasparenti , bħal dak użat għat-twieqi, bosta fliexken, jew xedd l-għajnejn, li jinkludu ħġieġ tas-soda-ġir, ħġieġ tal-borosiliċiku, ħġieġ akriliku, ħġieġ taz-zokkor, ħġieġ Muskovit, jew ossinitridu ta' l-aluminju.

Fis-sens tekniku, il-ħġieġ huwa prodott inorganiku ta' fużjoni li jibred u jsir riġidu mingħajr ma jsir kristall. Ħafna ħġieġ huma magħmul mis-siliċi (diossidu tas-siliċju) bħala l-kompożizzjoni prinċipali tiegħu u glass former.

Fis-sens xjentifiku t-terminu ħġieġ huwa ħafna drabi estiż għas-solidi amorfi kollha (u materjali mdewwbin li faċilment isiru solidi amorfi), li jinkludu l-plastiċi, ir-rażeż, u solidi oħrajn amorfi bla siliċi. Ukoll, barra l-metodi tradizzjonali ta' tidwib, kull mezz ieħor għall-preparazzjoni huwa meqjus, bħall-impjantazzjoni ionika, u l-metodu sol-gel. Però, ix-xjenza tal-ħġieġ is-soltu tinkludi biss solidi amorfi inorganiċi, filwaqt li l-plastiċi u materjali organiċi simili jaqgħu taħt ix-xjenza tal-polimeri, bijoloġija u oqsma xjentifiċi oħra.

Il-kompożizzjoni ottika u fiżika tal-ħġieġ tagħmlu tajjeb biex jintuża bħala ħġieġ ċatt, għall-kontenituri, fil-materjali ottiċi u materjali optoelettroniċi, għall-apparat tal-laboratorju, insulazzjoni termali (tajjar tal-ħġieġ), bħala fibri ta' rinforziment (plastiċi jew konkrit imsaħħin bil-fibri tal-ħġieġ), u fl-arti.

 Kompożizzjoni Ġenerali, użi, fejn jinstab 


Il-ħġieġ ordinarju nużawh kullimkien minħabba li huwa trasparenti għad-dawl viżibbli.Din it-trasparenza ġejja min-nuqqas ta' stati elettroniċi ta' tranżizzjoni fiż-żona tad-dawl viżibli. Il-ħġieġ hu omoġenju fuq skali ta' tul ferm akbar minn dik tat-tul tal-mewġa tad-dawl viżibli u għalhekk huwa trasparenti waqt li kieku kellu ħafna irregolità, d-dawl kien jixxered u b'hekk kull tip ta' trasmissjoni ta' immaġni koerenti kienet tiġi mkissra. Ħafna oġġetti tad-dar huma magħmula mill-ħġieġ. It-tazzez, skutelli u fliexken huma l-biċċa kbira tal-ħġieġ, kif ukoll il-bozzoz tad-dawl, mirja, akkwarji, tubi katodiċi, TFT tal-kompjuters, u t-twieqi.

Fil-laboratorji tar-riċerka, buqari, tubi tat-testjar, u apparat tal-laboratorju huma ta' spiss magħmula minn ħġieġ borosilikat billi għandu koeffiċjent ta' espansazzjoni termika baxxa, għalhekk għandu iżjed reżistenza għall-fqugħ bis-sħana u jgħamel possibbli kejl aktar preċiż. Għal applikazzjonijiet fejn tidħol temperatura għolja, jintuża l-ħġieġ tal-kwarz, għalkemm huwa ferm diffiċli li taħdmu. Ħafna mill-affarijiet tal-ħġieġ tal-laboratorju huma prodotti bil-massa, iżda xi laboratorji kbar iżżomu wkoll wieħed li jaf jonfoħ il-ħġieġ sabiex joħloq xi apparat speċjali tal-ħġieġ li jkun meħtieġ.

Xi kultant, il-ħġieġ huwa maħluq naturalment mill-lava volkanika, impatt ta' beraq jew metjoriti (p.eż., il-Lekateljerit, il-Fulgurit, il-Ħġieġ Darwin, il-Ħġieġ Volkaniku u l-Impattit). Jekk il-lava tkun felsika dan il-ħġieġ ikun ossidjana li ġeneralment huwa iswed bi ftit impuritajiet. L-ossidjana hija materjal naturali li ġie użat minn Żmien il-Ħaġar biex jintgħamlu skieken tal-ħġieġ li jaqtgħu ħafna.        

Il-ħġieġ jista' jsir ukoll minħabba l-attività tal-bniedem, pereżempju it-trinitit (mill-ittestjar nukleari) u ħġieġ tal-bajja.

 Il-Ħġieġ fil-Bini 

Il-ħġieġ ta' spiss jintuża fil-bini għat-twieqi trasparenti, diviżorji interni vitrati u bħala karatteristiċi arkitettoniċi. Huwa wkoll possibli li jintuża' bħala materjal strutturali, pereżempju, travi u kolonni, kif ukoll ġo forma ta' "ġwienaħ" għar-rinforzar kontra r-riħ. Dawn jidhru f'ħafna vetrini tal-ħġieġ bħat-twieqi ta' ħwienet kbar. Il-kapaċità tat-tagħbija sikura, hija limitata; għalkemm teoritikament il-ħġieġ jiflaħ tagħbija kbira, hemm ukoll probabbiltà kbira ta'  fqugħ f'daqqa, u għandu tendenza li jinqasam ma' l-impatt. Dan jillimita l-użu tal-ħġieġ għall-kolonni, minħabba r-riskju li xi ħaġa taħbat magħhom u taqsam l-element strutturali. Eżempju magħruf ta' struttura magħmula totalment mill-ħġieġ hija d-daħla tat-tramuntana fl-istazzjon fit-triq Buchanan fi Glasgow.

Hemm ħġieġ ta' tip qawwi li jista' jintuża fil-bini, bħall-ħġieg imsaħaħ bil-wires, ħġieġ ittemprat bis-sħana u ħġieġ laminat. L-insulazzjoni bil-fibra tal-ħġieġ hija komuni fis-soqfa u fil-ħitan. Il-ħġieġ tal-foam, magħmul mill-ħġieġ ta' l-iskart, jista' jintuża bħala insulazzjoni ħafifa li żżom l-arja ġo fiha. Bħala insulazzjoni, il-ħġieġ (per eż. fibra tal-ħġieġ) huwa użat ukoll fil-forma ta' strixxi sufin komuni ħafna fid-djar tal-pajjiżi kesħin. L-insulazzjoni tal-ħġieġ tal-fibra tintuża partikularment fis-soffitti, u tingħata rata R, skond l-abbiltà ta' insulazzjoni.

 Applikazzjonijiet Teknoloġiċi 
Il-ħġieġ tad-diossidu tas-siliċju (SiO2) pur (l-istess kompost kimiku bħall-kwarz, jew, fil-forma tiegħu  polikristallina, ir-ramel) ma tantx jassorbi r-raġġi UV u għalhekk jintuża għal applikazzjonijiet li għandhom bżonn trasparenza f'dan ir-reġjun. Kristalli kbar naturali tal-kwarz f'waħdiet  huma diossidu tas-siliċju pur u wara li jinqasmu jintużaw għal ħġieġ ta' kwalità għolja. Is-siliċi amorfa sintetika hija kważi forma kompletament pura ta' kwarz u hu l-materjal grezz għall-ħġieġ ta' speċjalità għolja, bħal dawk tal-qalba tal-fibri ottiċi. Il-kejbils ta' taħt il-baħar għandhom sezzjonijiet imħallta bl-erbju, li jintuża biex ikabbar is-sinjali ta' trasmissjoni ta' emissjonijiet tal-laser minn ġol-ħġieġ stess. Id-SiO2 amorfu jintuża ukoll bħalha materjal dielettriku f'ċirkwiti integrati minħabba l-interfaċċja lixxa u elettrikament newtrali li jifforma mas-siliċju.

L-istrumenti ottiċi bħan-nuċċalijiet, kameras, microskopji, teleskopji, u apparat pjanetarju huma bbażati fuq lentijiet tal-ħġieġ, mirja, u priżmi. Il-ħġieġ użat sabiex jinħolqu dawn l-instrumenti huwa kategorizzati bl-użu ta' kodiċi tal-ħġieġ b'sitt ċifri, jew inkella kodiċi ta' ittri u numri mill-katalgu ta'  Schott Glass. Pereżempju, BK7 huwa l-kodiċi tal-ħġieġ borosilikat crown li għandu dispersjoni tad-dawl baxxa u SF10 huwa l-kodiċi tal-ħġieġ tal-żnied dens li għandu dispersjoni għolja. It-tipi ta' ħġieġ huma rranġati skond il-kompożizzjoni, l-indiċi tal-rifrazzjoni, u n-Numru ta' Abbe.

Il-polimerizazzjoni tal-ħġieġ hija teknika li tista' tintuża sabiex jieġu nkorporati addittivi li jimmodifikaw il-karatteristiċi tal-ħġieġ li inkella jiġi meqruda waqt il-preparazzjoni b'temperaturi għoljien. Is-sol gel huwa eżempju ta' polimerizazzjoni tal-ħġieġ li tippermetti t-tqegħid ta' molekuli organiċi u  bioattivi,  u tella' l-funzjonalità tal-ħġieġsabiex għal-livell ġdid ta' .

 Il-Produzzjoni tal-Ħġieġ 

 Storja tal-Produzzjoni tal-Ħġieġ 
It-Teknoloġija li tħoll il-ħġieġ għadiet minn bosta fażijiet:

 Qabel ċa 3000 Q.K sa l-invenżjoni tax-xuxxarell f'ċa 250 Q.K, l-ħġieġ kien maħdum ġo fosos miftuħa.

 Il-forn mobbli li kien jikkonsisti f'griġjol imsaħħan bil-ħatab kien jintuża sa madwar is-seklu sbatax mill-ħaddiema tal-ħġieġ vjaġġaturi.

 Madwar fl-1688, kien żviluppat proċess ta' xogħol tal-ħġieġ bil-forom, li żied il-popolarità tal-ħġieġ.

 Il-forn lokali, griġjol imsaħħan bil-ħatab u l-faħam kien jintuża bejn l-1600 u l-1850.

 Il-metodu taċ-ċilindru sabiex jinħoloq ħġieġ ċatt kien użat fl-iStati Uniti tal-Amerika għall-ewwel darba fl-1820ijiet. Kien intużat kummerċjalment għall-ħġieġ għat-twieqi.

 L-invenżjoni tal-magna li tippressa il-ħġieġ fl-1827 għamlet possibbli l-produzzjoni ta' ħġieġ irħis bil-massa.

 Il-forn bil-griġjol u t-tank msaħħnin  bil-gas bdew fl-1860, u wara il-forn elettriku beda fl-1910.

 Il-Ħġieġ tal-folji magħmul mill-idejn bl-infieħ ġie mwarrab fis-seklu għoxrin u ħadlu postu l-ħġieġ tal-folji rroljati.

 Il-proċess tal-Ħġieġ tal-wiċċ ġie ivvintat fl-1950ijiet.

 Ingredjenti tal-Ħġieġ 

Is-siliċi pura (SiO2) għandha "punt ta' fużjoni tal-ħġieġ" ta' aktar minn 2300 °Ċ (4200 °F) meta l-viskożità tkun 10 Pa·s (100 P). Filwaqt li s-siliċi pura tista' ssir ħġieġ għal applikazzjonijiet speċjali (ara kwarz fuż), sustanzi oħra huma miżjuda għall-ħġieġ komuni biex  dan il-proċess jitqassar. Waħda minhom hi l-karbonat tas-sodju (Na2CO3), li jniżżel il-punt ta' fużjoni għal madwar 1500 °Ċ (2700 °F) fil-ħġieġ tas-soda-ġir; "soda" hi s-sors  oriġinali tal-karbonat tas-sodju fl-'irmied tas-soda li jinkiseb minn ċerti pjanti. Minkejja dan, is-soda tagħmel il-ħġieġ jinħall bl-ilma, u dan mhux mixtieq, għalhekk il-ġir (ossidu tal-kalċju (CaO), li hu ġeneralment miksub mill-ġebla tal-ġir), ftit ossidu tal-magnesju (MgO) u ossidu ta' l-aluminju huma miżjuda sabiex ikollu durabbiltà kimika itwal. Il-ħġieġ li jirriżulta jkun fih madwar 70 sa 74 fil-mija ta' siliċi bil-piż u jissejjaħ ħġieġ tas-soda-ġir. Il-ħġieġ tas-soda-ġir jammontaw għal madwar 90 fil-mija tal-ħġieġ prodott.

Barra s-soda u l-ġir, il-ħġieġ l-aktar komuni fih ingredjenti oħrajn miżjuda sabiex jibdlulu l-kompożizzjoni tiegħu. Il-ħġieġ taċ-ċomb, bħall-kristall taċ-ċomb jew il-ħġieġ taż-żnied, huwa aktar 'brillanti' minħabba li l-indiċi ta' rifrazzjoni ogħla tagħmlu "jleqq" aktar, waqt li jista' jiġi miżjud il-boru biex ibiddillu l-karatteristiċi termiċi u elettriċi, bħal fil-Pirex. Il-Barju ukoll jgħolli l-indiċi ta' rifrazzjoni. L-Ossidu tat-Torju jgħolli l-indiċi ta' rifrazzjoni tal-ħġieġ  u jbaxxi d-dispersjoni, u fl-antik kien użat sabiex jinħolqu lentijiet ta' kwalità għolja, iżda minħabba r-radjuattività tiegħu, l-ossidu tal-lantanu beda' jintuża minfloku fil-ħġieġ modern. Ammont kbir ta' ħadid jintuża fil-ħġieġ li jassorbi l-enerġija infrared, bħal fil-filtri li jassorbu s-sħana pereżempju f'apparat bħall-proġettur tal-films, filwaqt li l-ossidu taċ-ċerju(IV) jista' jintuża fil-ħġieġ li jassorbi ċerti tulijiet tal-mewġ UV (radjazzjoni ionizzanti li bioloġikament tagħmel il-ħsara).              

Minbarra l-kimiċi li semmejna, f'ċerti fornijiet huwa miżjud ħġieġ riċiklat li jkun ġej mill-istess fabbrika jew sorsi oħra. Dan jiffranka l-materjal grezz, u fl-istess ħin jiffranka l-konsum tal-enerġija. Iżda, impuritajiet fih jistgħu joħolqu falliment fil-prodott u fl-apparat. Aġenti raffinanti bħas-sulfat tas-sodju, klorur tas-sodju, jew ossidu ta' l-antimonju huma miżjuda sabiex innaqsu l-bżieżaq fil-ħġieġ.      

Materjal naturali ieħor li jintuża fil-produzzjoni tas-soda-ġir u ħġieġ fibra huwa l-kalumit, li huwa sottoprodott granulari ħġieġi tal-industrija tal-ħadid, li fih l-iżjed is-siliċi, ossidu tal-kalċju, allumina, ossidu tal-manjeżju (u traċċi ta' ossidu tal-ħadid). 

Hemm formula speċjali (glass batch calulation) li tagħti t-taħlita ta' materjal grezz li għandha tintuża sabiex tinħoloq il-kompiżizzjoni mixtieqa tal-ħġieġ.

 Produzzjoni Kontemporanja tal-Ħġieġ 

Wara l-preparazzjoni u t-taħlit ta' l-ingredjenti, il-materjal grezz jintefa' ġo forn. Il-ħġieġ tas-Soda-ġir għall-produzzjoni bil-massa jiddewweb fil-forn tal-gas. Hemm fran fuq skala iżgħar għal ħġieġ speċjali fosthom dewwieba elettriċi, fran bil-kroġjolu u tankijiet ta' kuljum.

Wara li jinħall, l-ħġieġ jiġi omoġenizzat u rfinat (bit-tneħħija tal-bżieżaq) u imbagħad jiġi ffurmat. Il-ħġieġ ċatt għat-twieqi u applikazzjonijiet simili jiġi ffurmat bil-proċess tal-ħġieġ tal-wiċċ, li ġie żviluppat bejn 1953 u 1957 minn Sir Alastair Pilkington u Kenneth Bickerstaff ta' l-aħwa Pilkington tar-Renju Unit, li joħloq żigarella kontinwa ta' ħġieġ bl-użu ta' banju ta' stan maħlul li fil-wiċċ tiegħu joħroġ u jinfirex il-ħġieġ bla xkiel taħt l-influwenza tal-gravità. Biex il-wċċ ta' fuq jiġi jleqq jittrattawh bin-nitroġenu bil-pressa. Il-ħġieġ għall-kontenituri bħall-fliexken  u l-vażetti komuni huwa iffurmat bil-metodi ta' l-infieħ jew l-ippressar.       

La darba il-forma mixtieqa tinkiseb, is-soltu l-ħġieġ jingħata r-rikottura biex titneħħa t-tensjoni.

Wara jistgħu jsiru proċessi varji oħra fuqu għat-trattament ta' l-uċuħ, kisi, jew laminazzjoni biex iżidu d-durabbiltà kimika (kisi tal-kontenituri tal-ħġieġ, trattament intern tal-kontenituri tal-ħġieġ), is-saħħa (ħġieġ imqawwi, ħġieġ bulletproof, shields kontra r-riħ) jew il-karatteristiċi ottiċi (ħġieġ insulat, kisi kontra r-riflessjoni).

 Ħolqien tal-Ħġieġ fil-Laboratorju 

Riċetti u tekniċi ġodda fil-qasam tal-kimika u trattamenti tal-ħġieġ jistgħu jiġu investigati f'esperimenti żgħar tal-laboratorju. Il-materjali grezzi tal-ħġieġ li jidewwbu fil-laboratorji huma differenti ħafna minn dawk li jintużaw fil-produzzjoni bil-massa minħabba li l-ispejjeż mhumiex fattur. Fil-laboratorji l-aktar li jintużaw huma kimiċi puri. Wieħed irid joqgħod attent li l-materjali grezzii ma jkollhomx kuntatt ma'l-umdità jew kimiċi oħrajn fl-ambjent (bħall-ossidu u idroossidu tal-alkali, ossidu u idroossidu tal-alkalin ta' l-art, jew ossidu tal-borju), jew inkella l-materjal ma jkunx safi (telf ta' qbid). Telf bl-evaporazzjoni waqt li l-ħġieġ jiddewweb irrid jiġi kkonsidrat meta jiġu magħżula l-materjali grezzi, per eż., is-selenit tas-sodju aħjar mill-SeO2 li jevapora malajr. Kif ukoll, materjali grezzi li jirriaġixxu fil-pront huma preferruti minn dawk inerti, per eż. l-Al(OH)3 hu aħjar mill-Al2O3. Ta' spiss, il-proċess isir f'griġjol tal-platinu biex inaqqas it-tniġġiż mill-materjal tal-griġjol. L-omoġenità tal-materjal tinkiseb permezz ta' l-omoġenità tal-materjal grezz (furnata tal-ħġieġ), billi dan jitħawwad meta jkun maħlul, jitfarrak meta jiksaħ u mbagħad jerġa' jiddewweb. Il-ħġieġ lest ġeneralment jingħata rikottura biex jitnaqqas il-ksur waqt l-ipproċessar.             

Ara wkoll: Disinn tal-lentijiet Ottiċi, Fabrikazzjoni u ttestjar tal-komponenti ottiċi

 Ħġieġ Bla Aċtu Siliċiku 

Minbarra l-ħġieġ komuni ibbażat fuq is-siliċi, ħafna materjali oħrajn inorganiċi u organiċi jistgħu jagħmlu xi tipi ta' ħġieġ ukoll, fosthom il-plastiċi (per eż., ħġieġ akriliku), karbonju, metalli, diossidu tal-karbonju (ara hawn taħt), fosfati, borati, kalkoġenidi, flurori, ġermanati (ħġieġ bbażat fuq GeO2), telluriti (ħġieġ ibbażat fuq TeO2), antimonati (ħġieġ ibbażat fuq Sb2O3), arsenati (ħġieġ ibbażat fuq As2O3), titanati (ħġieġ ibbażat fuq TiO2O5), tantalati (ħġieġ ibbażat fuq Ta2O5), nitrati, karbonati u ħafna sustanzi oħrajn.     

Xi ftit ħġieġ li fih m'għandux siliċi bħala l-kostitwent predominanti jista' jkollu karatteristiċi fiżiku-kimiċi li huma utli għal applikazzjonijiet fil-fibri ottiċi u applikazzjonijiet tekniċi speċjalizzati oħra. Dan jinkludi l-florożirkonat, il-floraluminat, l-aluminosilikat, il-fosfat u l-ħġieġ kalkoġenid. 

Taħt pressjoni u temperatura għoljin ħafna xi solidi jistgħu jsostnu tibdil kbir fil-fiżika u struttura tagħom li jista' joħloq tranżizzjoni ta' fażi poliamorfika. Fl-2006 x-xjenzati Taljani ħolqu fażi amorfa ta' l-ossidu tal-karbonju bl-użu ta' pressjoni għolja ħafna. Is-sustanza issemmiet karbonja amorfa (a-CO2) u għandha struttura atomika li tixbaħ lil dik tas-siliċi.

 Il-Fiżika tal-Ħġieġ 

Id-Definizzjoni stàndard tal-ħġieġ  (jew solidu vitrus) jirrekjedi li l-fażi tas-solidu jsir b'dewbin rapidu. B'hekk il-ħġieġ huwa format minn likwidu kiesaħ ħafna li jibred malajr biżżejjed (relattiv mal-ħin tal-karatteristika tal-kristalazzjoni)

 Bibjografija 
 Noel C. Stokes; The Glass and Glazing Handbook; Standards Australia; SAA HB125–1998
 Robot speeds up glass development Fraunhofer Institute 
 Stookey, D. Donald. Explorations in Glass: An Autobiography. Wiley, 2000. ISBN 978-1-57498-124-7
 Vogel, Werner. Chemistry of Glass. Wiley, 1985. ISBN 978-0-916094-73-7

 Ħoloq Esterni 
Glass Encyclopedia – Gwida komprensiva għal kull tip ta' ħġieġ antik u ta' kollezzjoni, b'informazzjoni, stampi u referenzi
Il-Mużew Kanadiż taċ-Ċiviltà – L-istorja tal-produzzjoni tal-ħġieġ fil-Kanada
Il-Mużew tal-Ħġieġ ta' Corning
 "How Your Glass Ware Is Made"  ta' George W. Waltz, February 1951, Popular Science

Kategorija:Materjali
Kategorija:Għodda