काँच का संक्षिप्त इतिहास
ज्वालामुखी से बना प्राकृतिक काँच (ऑब्सीडियन) पाषाण युग में धार वाले औज़ार बनाने में काम आता था। लोगों ने लगभग 4,500 साल पहले पश्चिम एशिया और मिस्र में काँच बनाना सीखा, पहले मनकों के लिए। काँच फुलाना (ग्लासब्लोइंग) लगभग 2,000 साल पहले शुरू हुआ और सस्ती बोतलें बनने लगीं। फिर खिड़कियाँ और दर्पण आए। 1950 के दशक में फ्लोट विधि से बड़ी, चपटी, साफ़ चादरें बनने लगीं। आज काँच ऑप्टिकल फ़ाइबर और फ़ोन स्क्रीन में भी है।
कच्चा माल और काँच बनाना
साधारण सोडा-लाइम काँच का मिश्रण:
- सिलिका (रेत), लगभग 72%: काँच बनाने वाला मुख्य पदार्थ।
- सोडा-ऐश (सोडियम कार्बोनेट), लगभग 14%: पिघलने की गर्मी घटाती है।
- चूना पत्थर (कैल्शियम कार्बोनेट), लगभग 10%: काँच को सख़्त बनाता है और उसे पानी में घुलने से रोकता है।
- अन्य, लगभग 4%: एल्युमिना, मैग्नीशिया, रंग। ऊर्जा बचाने के लिए पुराना टूटा काँच (कलेट) मिलाते हैं।
चरण: तौलो और मिलाओ, लगभग 1500 °C पर पिघलाओ, बुलबुले निकालो, आकार दो (फुलाओ, दबाओ, खींचो या फ्लोट), एनील करो (लगभग 550 °C से धीरे ठंडा), जाँचो और काटो।
काँच: इसमें खास क्या है?
ज़्यादातर ठोस क्रिस्टल होते हैं जिनमें परमाणु सुव्यवस्थित पंक्तियों में होते हैं। काँच में परमाणु बिखरे-उलझे होते हैं, जमे हुए द्रव जैसे। इसे अक्रिस्टलीय (amorphous) ठोस कहते हैं। इसलिए काँच का कोई एक तीखा गलनांक नहीं होता: गर्म करने पर वह धीरे-धीरे नरम होता है। इसीलिए उसे फुला या खींच सकते हैं।
- सोडा-लाइम: खिड़कियाँ और बोतलें।
- बोरोसिलिकेट: प्रयोगशाला के बर्तन और ओवन की कटोरियाँ; गर्म होने पर बहुत कम फैलता है, इसलिए चटकता नहीं।
- टफ़न्ड: जानबूझकर गर्म करके तेज़ ठंडा किया गया; टूटने पर छोटे, कुंद टुकड़े बनते हैं।
- लेड क्रिस्टल: चमकीला और भारी, सजावट के लिए।
काँच पारदर्शी है क्योंकि उसमें प्रकाश बिखेरने वाले क्रिस्टल के किनारे या छिद्र नहीं होते।
इनैमल
इनैमल (काँचाभ इनैमल) धातु पर जमाई गई काँच की पतली परत है। पहले फ्रिट (काँच पिघलाकर बनाया महीन चूर्ण) को पानी और मिट्टी में मिलाते हैं। इसे साफ़ इस्पात, लोहे या एल्युमिनियम पर छिड़कते या डुबोते हैं। फिर सुखाकर लगभग 750-850 °C पर पकाते हैं। चूर्ण पिघलकर चिकनी, चमकदार त्वचा बन जाता है जो धातु से चिपक जाती है।
इससे धातु जंग-रोधी, साफ़ करने में आसान और रंगीन बनती है। यह बर्तनों, बाथटब, वॉटर-हीटर की टंकियों, साइनबोर्ड और गहनों पर लगता है। परत उखड़ जाए तो नीचे की धातु में जंग लग सकती है।
करके देखो
घर पर करके देखो। काँच की बोतल को तेज़ रोशनी में देखकर जोड़ की रेखा खोजो। उखड़े इनैमल वाला मग भी देखो: पतली सफ़ेद काँच की परत और नीचे काली धातु दिखेगी। 3D में गर्मी खींचकर देखो कि काँच कहाँ सख़्त, नरम और द्रव होता है।
मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ
- काँच का मिश्रण (सोडा-लाइम): लगभग 72% सिलिका + 14% सोडा-ऐश + 10% चूना पत्थर + 4% अन्य
- पिघलना लगभग 1500 °C; काम का (नरम) परास लगभग 700-1100 °C; एनीलिंग लगभग 550 °C से
- सोडा-ऐश: Na2CO3 -> Na2O + CO2 (106 g से 44 g CO2)
- इनैमल = धातु पर 750-850 °C पर जमा काँच का फ्रिट
हल किए गए उदाहरण
1. भट्ठी में 500 kg मिश्रण है जिसमें 72% रेत है। कितनी रेत चाहिए?
0.72 x 500 = 360 kg रेत।
2. सोडा-ऐश (Na2CO3, 106 g प्रति मोल) पिघलते समय CO2 (44 g प्रति मोल) छोड़ती है। 53 kg सोडा-ऐश से कितनी CO2 निकलेगी?
अनुपात 44 / 106। 53 kg x 44 / 106 = 22 kg CO2।
3. गरम ओवन में बोरोसिलिकेट कटोरी साधारण काँच से सुरक्षित क्यों है?
बोरोसिलिकेट गर्म होने पर बहुत कम फैलता है, इसलिए गरम और ठंडे भाग एक-दूसरे को खींचकर नहीं चटकाते। साधारण काँच ज़्यादा फैलता है, तो असमान गर्मी से तनाव बनता है और वह चटक सकता है।
आम गलतियाँ
- काँच को बहुत धीरे बहने वाला द्रव कहना। वह अक्रिस्टलीय ठोस है।
- समय बचाने के लिए काँच को तेज़ ठंडा करना। तनाव फँसता है और वह बाद में टूटता है।
- इनैमल को पेंट समझना। वह जमाई गई काँच की परत है।
- काँच एक तीखे तापमान पर पिघलता है कहना। वह एक परास में नरम होता है।