ホウケイ酸ガラス 3.3: 特性、組成、熱衝撃、実験室での用途
ほとんどすべての化学実験室に入ると、ベンチにあるガラス製品は、ホウケイ酸ガラス 3.3 という 1 つの仕様を静かに共有しています。この番号はブランド、透明度グレード、またはマーケティングラベルではありません。これは、単一の物理的特性、平均線膨張係数に関連付けられた材料の指定であり、フラスコ、コンデンサー、ボトル、またはリアクターが、加熱、冷却、排気、または攻撃的な化学物質で満たされたときにどのように動作するかについて多くのことを予測します。 3.3 がどこから来たのかを理解すると、次の選択が可能になります。 ホウケイ酸塩 3.3 実験用ガラス器具 推測でははるかに少ないです。
ホウケイ酸ガラス 3.3 の 3.3 が実際に意味するもの
ホウケイ酸ガラス 3.3 は、平均線膨張係数によって定義されます。20 ～ 300 °C で測定した場合、ケルビンあたり約 3.3 × 10-6 です。この数値は、このガラスファミリーの特性を説明する規格である ISO 3585 に記載されており、この材料が通常、固有名を付けられることなく単に「3.3」と呼ばれる理由です。この規格では、ケルビンあたりおよそプラスまたはマイナス 0.1 × 10-6 の許容誤差が認められており、これが、異なるメーカーの製品が寸法的および熱的に互換性を維持できる理由です。
低膨張は配合によるものです。一般的な 3.3 ガラスには、約 81 % の二酸化ケイ素 (SiO2)、約 13 % の三酸化ホウ素 (B2O3)、約 4 % の酸化ナトリウム (Na2O)、および数パーセントの酸化アルミニウム (Al2O3) と少量の酸化カリウムが含まれています。重要な添加物はホウ素です。ホウ素はシリカのネットワークに入り込み、加熱されたときに構造が伸びる量を制限します。化学についてさらに詳しく知りたい場合は、私たちのメモをご覧ください。 ホウケイ酸ガラスの組成と3.3の数値 酸化物を一つ一つ通過していきます。
3.3 ガラスは組成と膨張の両方が標準化されているため、複数の分類を一度に満たします。これは、USP タイプ I ホウケイ酸ガラス、ASTM E438 タイプ I クラス A、および DIN ISO 3585 でホウケイ酸ガラス 3.3 として指定されている材料に相当します。研究室にとって、この重複は学術的というよりも実用的です。つまり、薬局方の作業用に購入したメスフラスコと合成ベンチ用に購入した反応フラスコが、同じベース材料と同じ熱挙動を共有できることを意味します。
主要なプロパティの概要
以下の表は、実験を計画したり、メソッドを作成したり、サプライヤーの主張が正しいかどうかを確認したりするときに最も重要な数値をまとめたものです。
| プロパティ | 3.3 ガラスの標準値 |
|---|---|
| 平均線膨張係数（20～300℃） | 3.3×10-6 K-1 |
| 25℃での密度 | 約。 2.23g/cm3 |
| 変態温度 | 約。 525℃ |
| アニーリングポイント | 約。 560℃ |
| 軟化点 | 約。 825℃ |
| 短期最高使用温度 | 約。 450℃ |
| 推奨長期使用温度 | 約。 230℃ |
| 急激な温度変化に対する耐性 | 薄壁の場合約 100 ～ 120 K |
| 耐加水分解性 | ISO 719 HGB 1 / ISO 720 HGA 1 |
| 4 mmの壁での可視光透過率 | 約。 91-92% |
| 20℃における熱伝導率 | 約。 1.2W/(m・K) |
熱衝撃耐性とその数値が重要な理由
ガラスが急激な温度変化にどれだけ耐えられるかは、主にその膨張係数によって決まります。容器のある部分が別の部分よりも高温になると、膨張によって内部応力が生じるからです。ホウケイ酸 3.3 はソーダ石灰ガラスの約 3 分の 1 の膨張率を持ち、通常のグラスが割れてしまうような違いにも耐えます。日常的に言えば、薄壁の 3.3 容器は通常約 100 ～ 120 K の段階的変化を受ける可能性がありますが、同様の厚さのソーダ石灰ガラスは 40 K 以下で破損する可能性があります。
単純な数字が単純でなくなる場所
壁の厚さと形状は、係数自体と同じくらい重要です。熱はガラス中をゆっくりと移動するため、厚い壁は薄い壁よりも大きな内部勾配を生じます。重いベースと薄い側壁が接触したり、接合部が高温で融着したりするなど、急激な変化は応力を集中させます。同じ 3.3 チューブで作られた 2 つのフラスコが、一方を冷たい蛇口ですすぎ、もう一方を空気中で冷やすと、まったく異なる動作をする可能性があるのはこのためです。
「ガラスの不良」が原因とされる破損のほとんどは、実際には取り扱いの問題です。つまり、フラスコの片側を裸火で加熱したり、熱い容器に冷たい溶剤を注いだり、曲げ荷重を受けて接合部をクランプしたり、砂を拾ったグランドテーパーを無理に押し込んだりすることです。工場でのアニーリングにより、製造上のストレスが一度除去されます。作業台で優しく取り扱うと、取り外されなくなります。
耐薬品性とその限界
ホウケイ酸 3.3 は、ISO 719 および ISO 720 で高耐性ガラスとして分類されており、ISO 1776 の耐酸性要件を満たしています。水、希酸および濃酸、食塩水、およびほとんどの有機溶媒に対して、測定可能な攻撃を受けることなく耐性を示します。そのため、ファインケミカルや医薬品の試薬保管、容積測定、クロマトグラフィーカラムおよび反応器システムに使用されます。
よく知られている例外があり、それらを無視するとコストがかかります。
- フッ化水素酸およびフッ化物を含む混合物はシリカネットワークを急速に攻撃するため、ガラスの中で保管したり取り扱ったりしないでください。
- 高温の濃リン酸や高温の濃アルカリ（水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなど）は、ガラスをゆっくりと、しかし着実に溶解します。
- アルカリ溶液をボトルの中に数か月間放置すると、表面からナトリウムが浸出し、曇ったエッチングされた膜が残ります。
- 高温アルカリ食器洗い機のサイクルを繰り返すと、容積測定用食器の表面が曇り、ビュレットやピペットの細孔に影響を与える可能性があります。
日常的な洗浄では、特に表面状態が精度に影響を与えるクラス A の測定器具の場合、強アルカリ性の浴槽よりも中性または弱酸性の洗剤を使用し、続いて蒸留水で洗い流す方が効果的です。
ホウケイ酸ガラス 3.3 が実験室で使用される場所
この材料は熱安定性、化学的不活性性、光学的透明性を兼ね備えているため、作業ラボのほぼあらゆる場所で使用されています。
- 反応作業: 一口および多口丸底フラスコ、ジャケット付き反応フラスコ、ベンチトップ反応器、および適合する蓋とスターラーアダプターを備えた大型のパイロットスケール容器。
- 還流と凝縮: リービッヒ、アライン、グラハムおよび空気凝縮器、コールドフィンガーおよび完全な還流アセンブリ。
- 蒸留と蒸発: 蒸留ヘッド、分別カラム、充填材、真空取り出しアダプター、スプラッシュ防止バルブ、ロータリーエバポレーターのコンポーネント。
- ろ過: 焼結ガラス漏斗およびるつぼ、フィルターフラスコおよび完全な真空ろ過アセンブリ。
- 保管と取り扱い: ねじ蓋付き試薬ボトル、サンプルバイアル、デシケーター、ガス洗浄ボトル、溶媒リザーバー。
- 測定と分析: メスフラスコ、ビュレット、メスピペット、メスシリンダー、クロマトグラフィーカラム、TLC 展開タンク、NMR チューブ。
- プロセスおよびパイロットスケール: 腐食性媒体を扱うプラント用のガラス反応器システム、移送ラインおよびサイトグラス。
合成を中心とした作業の場合、クラス A 3.3 ガラス製の三口丸底フラスコが最も頻繁に使用される製品です。撹拌機、温度計または添加漏斗、凝縮器を同時に取り付けられ、標準的なテーパーによりジョイント システム内の他のすべてのものと互換性が保たれます。
実験室合成用クラスA三口丸底フラスコ 有機合成および加熱制御用のクラス A 三つ口丸底フラスコ。標準ジョイント付きで 50 mL ～ 2000 mL のサイズをご用意しています。 製品を見る→ 保管面では、高さ 3.3 のホウケイ酸ガラス製の青いキャップの試薬ボトルが棚の静かな主力製品です。スクリューキャップはグリースなしで密封され、壁は日常の取り扱いに十分な厚みがあり、手の届くところに置かれることが多い酸や溶剤を材料がはじいてくれます。
3.3 ホウケイ酸ガラス製青色キャップねじ込み試薬ボトル 実験用試薬を安全に保管するための青いキャップ 3.3 ホウケイ酸試薬ボトル。ネジ付きシール付きで 100 mL ～ 20000 mL までご用意しています。 製品を見る→ 3.3 ガラス製品を扱うための実践的なベンチノート
いくつかの習慣により、3.3 ガラス製品は数か月ではなく数年間使用できます。
- 可能な場合は、接地ジョイントを清潔で乾燥した状態で組み立ててください。活栓に潤滑が必要な場合は、PTFE スリーブを使用するか、少量のシリコン グリースを塗布し、その後拭き取ります。
- マルチネックフラスコや重いコンデンサーは、ジョイントの上にクランプを配置してサポートします。ガラス自体の重量が斜めにかかることがあってはなりません。
- 力を加えるのではなく、穏やかに回転させることで接合部をシールします。テーパーの固着は通常、ジョイントが曲がったり、汚れたり、締めすぎたりすることから始まります。
- マントル、オイルバス、またはヒーティングブロックを使用してゆっくりと加熱します。直火を避け、薄い箇所や補修箇所に局部的に熱を加えないでください。
- 徐々に冷まします。フラスコを 200 °C の浴槽から直接冷水で洗い流すことは、原因不明の破損の最も一般的な原因です。
- 絶対温度ではなく温度差に注目してください。 3.3 ガラスは 300 °C に快適に対応します。数センチの壁を横切る 150 K の勾配に影響します。
- 掃除機をかける前に、リムや接合部に細かい亀裂がないか確認してください。真空にしたガラス製品は驚くべき量のエネルギーを蓄えます。
3.3 作業に合ったガラス製品の選択
カタログを比較するときは、「ホウケイ酸」という言葉ではなく、展開図を尋ねてください。中性ガラスやその他の高膨張材料は、大まかにホウケイ酸塩として説明されることがありますが、ホットプレート上では全く異なる挙動を示します。材質以外にも、すでに所有しているガラス製品との接合部のサイズ、予想される熱負荷に対する壁の厚さ、測定器具にクラス A マークが付いているかどうかを確認してください。
Shanghai Heqi Glassware は、2002 年以来、自社のガラス、金属加工、組み立てのワークショップを持ち、標準的な研削ガラス製品を製造してきました。また、自社製品と他のメーカーの機器の両方を供給しているため、研究室は 1 回の注文で完全なセットアップを構築できます。特定のフラスコやボトルが本物の 3.3 かどうか不明な場合は、ご購入前に仕様について喜んでご相談させていただきます。
シンプルなローフォームビーカーであっても、同じ訓練から恩恵を受けることができます。厚い壁と平らな底面を備えた 3.3 ビーカーは、ホットプレート上で均一に加熱され、冷たいベンチに素早く移動しても耐えられ、目に負担をかけずに溶液を観察できます。
実験化学用ローフォームホウケイ酸ガラスビーカー 均一な加熱と明確な反応観察を可能にする低フォーム 3.3 ホウケイ酸ビーカー。注ぎ口と撹拌用の平らなベースが付いています。 製品を見る→ ホウケイ酸ガラス 3.3 は、数十年にわたって変更されていない数少ない実験室標準の 1 つであり、その安定性が最も重要です。数値は膨張を示し、膨張は熱挙動を示し、規格はあるメーカーのジョイントが別のメーカーのコンデンサーに適合することを示します。これらの条件でガラス製品を選択し、接合部を優しく扱い、熱いアルカリ性の浴槽を遠ざけてください。そうすれば、ガラス製品は非常に長い間作業台で機能し続けます。
