Obliczanie składów szkieł i zestawów surowcowych

Wykonanie ćwiczenia:


Przeliczenie składu molowego szkła na skład wagowy i wagowego na skład

molowy.



Obliczenie receptury zestawu surowcowego na szkło.



Odważenie surowców i przygotowanie zestawu surowcowego.



Wytop szkieł (zasyp „na gorąco”)

1. Przeliczanie składu szkła z % molowych na % wagowe:

Obliczamy wagową zawartość każdego tlenku p

i

w szkle wg wzoru:

i

i

i

M

N

p

N

i

– zawartość składnika w % molowych

M

i

– masa molowa składnika [g/mol]

Obliczamy

i

p

Obliczamy zawartość poszczególnych tlenków w szkle w % wagowych (P

i

) wg.

wzoru:

100

100

i

i

i

i

i

i

i

M

N

M

N

p

p

P

2. Przeliczenie składu szkła z % wagowych na % molowe

Obliczamy liczbę moli poszczególnych tlenków w szkle n

i

wg wzoru:

i

i

i

M

P

n

P

i

– zawartość składnika w % wagowych

M

i

– masa molowa składnika [g/mol]

Obliczamy

i

n

;

Obliczamy zawartość tlenków w szkle w % molowych (N

i

) :

100

i

i

i

n

n

N

Przeliczyć następujące założone składy chemiczne szkieł, wyrażone w %
molowych, na % wagowe.

Składy chemiczne w % molowych:

Szkło S3P45C26

Składnik szkła

%mol

Masa molowa

[g/mol]

SiO

2

3

60,08

P

2

O

5

45

141,94

CaO

26

56,08

MgO

7

40,32

Na

2

O

15

61,99

K

2

O

4

94,19

Składy chemiczne w % molowych:

Szkło S10P40C22

Składnik szkła

%mol

Masa molowa

[g/mol]

SiO

2

10

60,08

P

2

O

5

40

141,94

CaO

22

56,08

MgO

8

40,32

Na

2

O

12

61,99

K

2

O

8

94,19

Przeliczyć następujące założone składy chemiczne szkieł, wyrażone w
% wagowych na % molowe.


Składy chemiczne w % wagowych:

Szkło S45P4C22

Składnik szkła

%wag

Masa molowa

[g/mol]

SiO

2

45

60,08

P

2

O

5

4

141,94

CaO

22

56,08

MgO

5

40,32

Na

2

O

20

61,99

K

2

O

4

94,19

3. Obliczanie receptury zestawu surowcowego na szkło o zadanym składzie

chemicznym (zestaw z chemicznie czystych surowców)

Obliczyć recepturę zestawu surowcowego na 100 części wagowych szkła mając
do dyspozycji następujące surowce:


Dla szkieł: S10P40C22 i S3P45C26

Surowce

Masa molowa

[g/mol]

Uwagi

SiO

2

M= 60,08

Ca

3

(PO

4

)

2

M= 310,18

Lotność P

2

O

5

5%

(NH

4

)

2

HPO

4

M= 132,07

Lotność P

2

O

5

5%

Mg

3

(PO

4

)

2

8H

2

O

M= 406,86

Lotność P

2

O

5

5%

Na

3

PO

4

*12H

2

O

M= 380,18

Lotność P

2

O

5

5%

K

2

HPO

4

M= 174,18

Dla szkła: S45P4C22

Surowce

Masa molowa

[g/mol]

Uwagi

SiO

2

M= 60,08

CaCO

3

M= 100,08

(NH

4

)

2

HPO

4

M= 132,07

Lotność P

2

O

5

10%

MgCO

3

M= 84,31

Na

2

CO

3

M= 106,00

Lotność Na

2

O 3,5%

K

2

CO

3

M= 138,21

Lotność K

2

O 12%

Przykład

Skład szkła
SiO

2

65 %wag.

CaO

15 %wag.

P

2

O

5

10 %wag

Na

2

O

10 %wag.

Surowce

Masa molowa

[g/mol]

Uwagi

SiO

2

M= 60,08

CaCO

3

M= 100,08

(NH

4

)

2

HPO

4

M= 132,07

Lotność P

2

O

5

5%

Na

3

PO

4

* 12H

2

O

M= 380,18

Lotność P

2

O

5

5%



Obliczanie ilości Na

3

PO

4

*12H

2

O potrzebnego do wprowadzenia

10 %wag Na

2

O

2Na

3

PO

4

*12H

2

O

3Na

2

O

+

P

2

O

5

+ 24H

2

O

2*380,18

3*61,99

141,94

[g/mol]

x

10

[g]

g

x

89

,

40

99

,

61

3

)

18

,

380

2

(

10

Na

3

PO

4

*12H

2

O



Obliczanie ilości P

2

O

5

wprowadzonego z 40,89 Na

3

PO

4

*12H

2

O

2Na

3

PO

4

*12H

2

O

3Na

2

O

+

P

2

O

5

+ 24H

2

O

2*380,18

3*61,99

141,94

[g/mol]

40,89

10

y

[g]

g

y

63

,

7

18

,

380

2

94

,

141

89

,

40

P

2

O

5

Uwzględniając lotność (P

2

O

5

5%) to 7,63g * 0,95 = 7,25g; przyjmujemy, że

ilość wprowadzonego z Na

3

PO

4

*12H

2

O do szkła tlenku fosforu P

2

O

5

wynosi

7,25g ; pozostałą ilość 10g - 7,25g = 2,75g należy wprowadzić z (NH

4

)

2

HPO

4

uwzględniając lotność P

2

O

5

5%.



Obliczanie ilości (NH

4

)

2

HPO

4

potrzebnego do wprowadzenia 2,75 %wag

P

2

O

5.

Należy pamiętać o lotności P

2

O

5

(pomnożyć przez 1,05)

2(NH

4

)

2

HPO

4

P

2

O

5

+

4NH

3

+ 3H

2

O

2*132,07

141,98

[g/mol]

x

2,75

[g]

g

x

38

,

5

05

,

1

98

,

141

)

07

,

132

2

(

75

,

2

(NH

4

)

2

HPO

4



Obliczanie ilości CaCO

3

potrzebnego do wprowadzenia 15 %wag CaO

CaCO

3

CaO

+

CO

2

100,08

56,08

44

[g/mol]

x

15

[g]

g

x

77

,

26

08

,

56

)

08

,

100

(

15

CaCO

3



Obliczanie ilości krzemionki SiO

2

potrzebnej do wprowadzenia 65 %wag

tlenku SiO

2

100 %wag SiO

2

100g SiO

2

65 %wag SiO

2

65g SiO

2

ZESTAW surowcowy na 100g szkła
SiO

2

65,00 g

CaCO

3

26,77 g

(NH

4

)

2

HPO

4

5,38 g

Na

3

PO

4

*12H

2

O 40,89 g

4. Przygotowanie zestawów surowcowych



Odważyć wg obliczonej receptury zawartości poszczególnych surowców w

przeliczeniu na 30 g szkła.



Wymieszać dokładnie odważone zestawy surowcowe w moździerzu

porcelanowym i przesypać do tygli ceramicznych/zlewek szklanych.

5. Wytop szkieł



Odpowiednio przygotowane zestawy surowcowe zasypać na gorąco do tygli

ceramicznych wyjętych przy pomocy specjalnych szczypców z nagrzanego
to temperatury topienia pieca; dla szkieł fosforanowych - czas topienia ok. 30
min w temperaturze 1150

o

C.



Po odpowiednim czasie topienia, wyjąć tygle (j.w.) wylać stopioną masę

szklaną na metalową płytę, bezpośrednio po zastygnięciu umieścić szkło
w odprężarce nagrzanej do odpowiedniej temperatury (dla szkieł
fosforanowych - temp. 350

o

C); odprężarkę wyłączyć i pozostawić w niej

szkło do osiągnięcia temperatury otoczenia.

6. Przygotowanie Studenta do zajęć laboratoryjnych.



Fartuch



Kalkulator