Стеклодувное дело. Первые опыты - лабораторные пробирки
Фото 0. Самодельные химические пробирки в самодельном штативе.
Стеклодувное дело удивительное занятие – по локоть в пламени, изменять форму такого волшебного материала как стекло. Замечу, весьма капризного и трудного в обработке любыми способами. Некоторая возня с горелками позволила в основном делать в их пламени некрупные детали для семейного занятия – витражного дела. Для последующего сплавления в специальной печи. Это нужный, но прискорбно простейший навык. Дочь приступившая в этом году к изучению школьной программы по химии подвигнула на новые эксперименты. Увы, сельская средняя школа не располагает средствами для содержания полноценного кабинета химии с демонстрацией экспериментов, лабораторными и практическими работами. Кроме прочего, к лаборатории должен в обязательном порядке прилагаться преподаветель-энтузиаст, а таковые были редкостью во все времена.
Решено по мере сил и времени организовать ребенку хотя бы простые эксперименты в домашней мастерской в импровизированной лаборатории. В качестве химической посуды, разумеется, можно использовать и небольшие стеклянные пузырьки из под специй, лекарств и т.д. Но изящнее и правильнее, по возможности, обзавестись настоящей химической посудой, как у всамомделишних химиков. Это воодушевляет, многие работы по организации даже такой импровизированной мини-лаборатории также способствуют привитию и совершенствованию полезных навыков, их следует выполнять вместе с юным химиком – будущим академиком.
Что потребовалось для выполнения работ.
Газовая горелка, заготовки – стеклянная трубка легкоплавких сортов, стеклодувный нож или треугольный надфиль, медицинский пинцет, мелочи.
При выполнении работ стекло размягчается в пламени горелки. Время когда стекло находится в нужной консистенции весьма коротко, слишком долгий нагрев также не желателен, он может приводить к неприятным эффектам в стекле. Операции приходится выполнять быстро, планировать их следует заранее.
Рис.1. Последовательность действий при изготовлении донышка пробирки [1]. Обратите внимание на интересную стеклодувную горелку «американской» системы – со встречным пламенем (Рис. а)
Заготовки – по случаю мне досталось, увы, небольшое количество стеклянных трубок – именно остатков разорившегося неонового производства. Среди нескольких прочих, есть и немного трубок Ø 18 мм хорошо подходящих для пробирок. Трубку-заготовку стандартной длины разметил спиртовым маркером и разрезал на равные куски. Такой диаметр всё ещё можно резать стеклодувным ножом, на манер вскрытия ампул – круговым движением нанести царапину, растягивая, разрывая трубку в стороны, сломать ее. Тем не менее, усилия требуются значительные, разломы не всегда удаются удовлетворительного качества – часто неровны. Случившиеся неровные края выравнивал на алмазном инструменте смачивая его водой (Фото 2).
Фото 2. Алмазное колесико в оправке зажато в патроне сверлильного станка настроенного на 3000 об/мин. Второй рукой я слегка прижимаю к вращающемуся инструменту кусок мокрой губки.
Работа на горелке.
Моя настольная газо-воздушная горелка - небольшой мощности. Горючий газ получаю по месту в бензиновом карбюраторе стоящим под столом. Над рабочим столом вытяжка, на носу самодельные защитные «дидимовые» очки. Несмотря на несколько более высокую температуру сгорания паров бензина, трубка значительного диаметра размягчается неохотно – небольшой факел, не хватает тепла. Для увеличения мощности пламени, навстречу, подобно Рис.1 – а, поставил зажженную туристическую компактную газовую «паяльную лампу».
Фото 3. Работа на стеклодувной горелке. Хорошо виден яркий оранжевый «хвост» - попадающие в пламя ионы натрия из разогретого стекла. Свечение неполезно для незащищенных глаз. Стеклянную заготовку в пламени всегда вращают не допуская стекания размягченного
Выполнив подобия действий Рис. 1. получил пучок пробирок более или менее классической формы (Фото 4).
Фото 4. Мое первое стеклодувное приборостроение.
Увы, почти все они – сборник классических ошибок в данной работе (Фото 5, 6) в довершение и разной длины.
Фото 5. Неровное горлышко, еще и несколько зауженное из-за стягивания стекла при чрезмерном нагреве. Должно быть - несколько расширенное с ровным оплавленным краем. В таком горлышке лучше держится резиновая пробка, пробирку легче мыть.
Фото 6. Косое раздутое донышко с излишком-капелькой стекла. Сам бы руки оторвал такому стеклодуву.
Тем не менее, первый опыт сочтен удовлетворительным.
Что еще делают со стекляшками после изготовления? Конечно нейтрализуют внутренние напряжения! Они могут остаться после быстрого остывания стекла и породить трещины, а то и вовсе разорвать стекло. Предмет первой необходимости в стеклодувной мастерской – хотя бы простейший полярископ. Пропуская поляризованный свет через нашу стекляшку, по характерным цветным пятнам можно увидеть очаги внутренних напряжений. Для прибора нужен источник ровного белого света и два поляризационных фильтра. В наше время простейший полярископ можно соорудить из единственного фильтра – второй, вместе с источником света уже установлен в любом ЖК мониторе, нужно только вывести на экран белое поле.
Мой поляризационный фильтр – от ЖК экранчика небольшой носимой электронной игры. Попробуем его применить.
Для подсветки исследуемого образца выведем на ЖК монитор белый фон, например, создадим новый документ в редакторе «Блокнота» и откроем его. Работа поляризационного фильтра зависит от его положения, при наблюдениях приходится вращать его параллельно плоскости экрана до получения наилучшего изображения – отчетливо видимых фиолетовых пятен внутри образца, конечно если они есть.
Фото 7. Стеклянная игла оставшаяся от пробирочных работ. Этот кусочек стекла подвергался сильным деформациям и внутренние напряжения содержит наверняка. При исследовании его невооруженным глазом – стекло как стекло.
Фото 8. Применим наш поляризационный фильтр – ага, вот они родимые. Ясно, такие сильные напряжения оставлять нельзя – если это была бы нужная стекляшка, потребовался бы отжиг и повторное исследование.
Исследование стеклянной иглы оставшейся от стеклодувных работ, имеющей внутренние напряжения наверное, показали (Фото 7, 8) полную работоспособность фильтра и такого упрощенного полярископа.
Фото 9. Исследование пробирки в поляризованном свете. Стрелкой отмечено незначительное кольцевое напряжение между зонами подвергавшимися сильному и умеренному нагреву. Такое же и у горлышка пробирки. Вынесенный вердикт - отжигать не обязательно.
Фото 10. Готовые пробирки в самодельном штативе.
Литература.
Д. Стронг. Техника физического эксперимента. ЛЕНИЗДАТ, 1948 г.
Babay Mazay, октябрь, 2021 г.