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
