Laboratuar Camı

LABORATUAR CAMI

Cam sözlüklerde soğuk bir ifadeyle 'amorf bir nesne' olarak tanımlansa da, elmas kadar parlak, opal kadar ateşli, gökkuşağı kadar renkli, örümcek ağı kadar hafif ve narin ya da 20 ton ağırlığında bir ayna kadar büyük, yumurta kabuğu kadar kırılgan, ya da çelik kadar sert olabilir Doğrusunu söylemek gerekirse cam 'alışılmadık' bir malzemedir Camsız bir dünyayı düşünmek bilim ve uygarlığın olmadığı bir dünyayı düşünmekle aynıdır Günümüzde bilim zamanı ölçmek için kum saati, hastalıklara sebep olduğuna inanılan kötü ruhlardan ya da bakışlardan korunmak için nazarlık kullanmaktan çok ileridedir Cam, bilim yolculuğunun her adımında ona eşlik etmiştir



ÇOK ESKİLERDE, deneyler için cam ne idiyse, bugün de aynıdır Cam araştırmalarda kullanılan kimyasal maddelerin çoğuna karşı dirençlidir Saydamdır; deneyi yapan kişi, kullandığı test tüpü ya da imbiğin içinde ne olduğunu rahatlıkla görebilir İşlenmesi kolaydır; bir teknisyen, özel bir ihtiyaç için, cam tüpü alevle amaca uygun, kullanılabilir hale getirebilir Eski dönemlerde laboratuvar malzemeleri kolayca her yerde bulunamıyordu Zaten mevcut laboratuvar camları da ısıl gerilmelere ve kimyasal maddelere pek de dayanıklı olmayan camdan imal edilmişti Sonraki dönemlerde cam, içine değişik kimyasallar eklenerek dayanıklı hale getirildi Fakat bu tür camlar, hızlı ısıma ve soğutmaya maruz kaldıklarında, içlerinde oluşan gerilmeler yüzünden kolayca çatlayıp kırılabiliyordu



İlk malzeme üreticileri bu olumsuz özelliği biraz olsun azaltmak için malzemeyi çok inceltiyorlardı İnce cam, sıcaklık değişikliklerinde sergilediği kırılganlığını yitiriyor fakat bu defa da ince olduğu için herhangi bir çarpmada dağılıyordu Bu durum hem malzeme kaybına hem de cam malzeme yardımıyla yürütülen deneyin altüst olmasına neden oluyordu Laboratuvar'da kazara dolaplardan birine yapılacak bir darbe, içindeki cam araçların parçalanıp etrafa yayılmasına yol açıyordu



Tren yollarında sinyal lambaları için ısıl şoka dayanıklı camlar üretildiğinde, bu yeni yöntem laboratuvar cam malzemesine de uyarlandı 1915'te bu borosilikat camı üretildiğinde çoğu laboratuvar ve araştırmacı, kuvvet kaldıracak kadar kalın ve sıcaklığa dayanıklı bu malzemeyi yaygın olarak kullanmaya başladı Aynı dönemde, ve aynı gelişmenin sonucu olarak, yeni ve bütünüyle bu işe adanmış bir cam endüstrisi doğdu; yeni yöntemlerle borosilikat camı, pişirme kapları ve diğer fırına dayanıklı cam pişirme araçlarında kullanıldı



Daha yakın dönemlerde geliştirilen bir cam türü de % 96 silikat camıdır Bu cam o döneme kadar sadece saf kuarsın sahip olduğu, bir dereceye kadar ısıl şoka karşı dayanıklı olma özelliğine sahipti Bu yeni ürün, borosilikat camının ısıl ve kimyasal işlemlere tutulmasıyla, silis dışındaki tüm parçaların ayrılmasıyla ortaya çıkarılıyordu



Bir ikinci ısıl işlem, camı yoğunlaştırarak boşlukların kapanmasını sağlıyor, böylece cam şeffaf ve gözeneksiz hale geliyordu Bu cam akkor haline gelene kadar ısıtılıyor ve sonra soğuk suya batırılıyordu Bu yöntemle yapılmış bir beher, bir buz bloğunun üzerinde uzun süre bırakıldıktan sonra aniden kaynak alevinin önüne konulabiliyordu % 96 silikat camı 871 ¡C'de kullanılabiliyordu, ve daha önceleri yaygın olarak kullanılan saf kuvars laboratuvar camının egemenliğinin sürdüğü çoğu bilimsel iş için kullanılabiliyordu



Toz halindeki camları presleyerek disk haline getirme yöntemi cam endüstrisindeki bir başka gelişmedir Bu diskler, çeşitli derecelerdeki gözenekli yapılarıyla, her türlü laboratuvar işinde filtre olarak kullanılabiliyorlar Daha küçük gözenekli olanlar sıvı çözeltilerden bakterileri süzmek için kullanılıyor



Ortaçağdaki simyacılar şimdi kullanılan cam laboratuvar malzemesini görseler, Galileo'nun Palomar teleskobunu gördüğünde vereceği tepkinin aynısını verirlerdi Örneğin bir balon joje, ince düzgün boynunda, içindeki sıvının hacmini ölçmek için bir skalaya sahiptir Bu skala balon jojenin içine ne koyarsanız koyun, nasıl sterilize ederseniz edin okunabilir kalmaya devam eder, çünkü çizgiler ve figürler, cam yüzeyinin üzerine, asitle yedirilerek yapılmıştır



Sayısız laboratuvarda yüzlerce değişik deney için kullanılacak yüzlerce özel cam malzeme geliştirilmiştir Bunların hepsini saymak olanaksız Basit olan cam araçlar, çoğu laboratuvar teknisyenleri tarafından üretilebilir, keza cam üretimi laboratuvar teknisyeninin işinin parçasıdır Ama bazı laboratuvarlarda cam teknisyenleri, daha karmaşık ve özel laboratuvar malzemelerini üretmeleri için, işe alınırlar

Camın Tarihi

Camın keşfi tarih sayfalarında kaybolmuştur, fakat 4000 yıl kadar öncesine dayandığı biliniyor

Cam yapımının keşfinde iki ana aşama bulunuyor İlki, bildiğimiz kumun soda ve kireç ile ısıtılarak yeni bir malzeme, diğer bir deyişle cama dönüşmesidir Bu yeni malzeme çok sert ve pürüzsüzdür İkincisi, aynı derecede önemli olan, şeffaf cam elde etmek için kullanılan kimyasal maddelerin hangi oranda katılacağının bulunuşudur


Gerçek camın oluşturulmasının ilk aşaması bir kaza sonucu gerçekleşmiş olmalı, fakat ikincisi, bugün ismi bilinmeyen kimyacıların birçok defa deneyerek buldukları özel oranlarla elde edilmiştir


İlk önceleri cam ürünleri masif kütleler halindeydi, şekilli camlar daha sonra yapıldı Bu işlem cam nesnenin çamurdan ya da tahtadan bir kalıbını yapıp, eriyik durumdaki camın bu kalıbın etrafına sarılmasından sonra, cam eşya tamamlanınca içindeki tahta ya da çamur kalıbın çıkarılmasıyla son buluyordu MÖ 1200'lerde cam, açık bir kalıbın üstüne bastırılarak yapılıyordu


Yüzyıllarca cam, takıda, mücevherde, yer ve duvar mozaiğinde kullanıldı Camın kullanım amacının genişlemesi, cam üflemeciliğinin icadıyla gerçekleşti MÖ 20'de bu yeni cam üretme yönteminin kullanılması endüstriyel bir devrim yarattı ve camın lüks malzeme üretiminden işlevsel malzeme üretimine kaymasını sağladı Pompeii, MS 79'da mahvolduğunda, ardında bu devrimle ilgili kanıtlar bıraktı Üzeri kaplanmış cam ürünlerin kalıntıları cam üretiminin çok gelişkin bir noktada olduğunu ve pencere camının artık iyi kalitede üretilebildiğini gösteriyordu MS 330'lu yıllarda Roma İmparatoru Konstantinapol cam üfleyicilerini Konstantinopolis'e (şimdiki adıyla İstanbul'a) göndermişti Bizanslı cam işçileri renkli cam ve mozaik üretiminde ustalaşmışlardı; boyalı pencere camları ilk bu dönemde ortaya çıktı Kaynağı ne olursa olsun cam sanatı Fransa'ya ulaştıktan sonra, kullanmaya başlayanların sayısı oldukça arttı Ortaçağın karanlık dönemlerinde cam endüstrisi İslam Dünya'sında canlandı Daha sonra Venedikli üreticilerle Avrupa'da tekrar önem kazandı


MS 1159'da St Marcus Katedrali inşaa edildiğinde tüm binanın İncili anlatan cam mozaikle kaplanması 250 yıl sürdü Aynaların civa ile sırlanması 1369'da gerçekleşti 1700'lerde Venedik'te 300 cam mozaik üretim atölyesi ve fabrikası mevcutken, 19 yy'da sadece 1 tane kalmıştır Bu mozaik devrinin kapandığının bir kanıtıdır


Cam Çağı

1600'lerde kömürün odundan daha çok ısı verdiği ve cam üretiminde yakıt olarak kullanılmasının daha çok işe yarayacağı anlaşıldı Cam işçiliği yapan herkes cam sanatında ustaydı 19 yy'da cam üretimindeki mekanikleşmeyle, pencere camı boyutları büyüdü 19 yy sonlarında camın ancak kimyasında gelişme kaydedildi Alman bilim adamları bu dönemde optik aletler için yeni camlar geliştirmeye çalışıyorlardı 20 yüzyılın ilk yarısına cam üretimindeki ve kullanım alanındaki gelişmeler nedeniyle 'Cilalı Cam Devri' denilebilir

1903'te Michael Owens ilk cam üretim makinasını icat etti Bugün, cam iplik haline bile getirilebiliyor Bir cam iplikçiği bir insan saçının 1/15'i kadar inceltilebilir Bu da yarım kilo camla ekvatoru çevreleyebilmek anlamına gelir

Camın Yapısı

Birçok sayıdaki kimyasal madde (boraks, soda gibi) sıvı camda, camın sertleşmesi gibi çeşitli özelliklerin cama katılması için kullanılır Belli bir karakterdeki camın oluşumu camın soğutulma hızına bağlıdır ve atomlar arası ya da atom grupları arasındaki karışık bağ yapılarına (Kovalent ve iyonik bağlar) ihtiyaç duyar Bireysel atomlar Ôkristal kafes' diye bilinen düzenli 3 boyutlu diziler meydana getirdiğinde, kristaller oluşur Fakat cam, sıvı haldeyken soğumaya başladığında, rastgele bir ağ oluşturur Camın oluşumunda yer alan asıl parçalara, bu durumda ağ oluşturucuları diyebiliriz İyonlar bu ağın bazı bölgelerine sızarak, ağ yapısını yeniden düzenlerler ve böylece camın iyonlara bağlı olan özellikleri ortaya çıkar İyonlara ağ düzenleyicileri denmesinin sebebi budur Camın kimyasal dayanıklılığı, diğer bilinen malzemelerden çok daha fazla ve geniş bir yelpazededir Ayrıca mekanik dayanıklığını da kurşun geçirmez camların varlığı kanıtlar Kurşun geçirmez camların yapısında polikarbonat vardır ve camın bir santimetre kalınlıkta olması kurşun geçirmemesi için yeterlidir

Cam Türleri

Camlar kimyasal içerikleri bakımından çeşitlilik gösterirler Camın bileşiminde periyotik tablodaki birçok element bulunabilir; fakat, ticari olarak üretilen çok çeşitteki camlar üç ana gruba ayrılırlar: soda-kireç, kurşun ve borosilikat camı


Soda-kireç camı fiziksel ve kimyasal özelliği bakımından görünür optik ve uygulamaları için çok uygundur Ayrıca, soda, camın işlenme sıcaklığını düşürdüğü için, maliyeti de azaltır Sodasız cam saf camdır, saf malzemelerin işlenme sıcaklıkları yüksek olur O dönemde cam elde etmek için yeterli ateşi yeterli sıcaklığa çıkarmak için odun ya da kömür yeterli değildi Yani soda olmasa idi camın keşfi bin ya da iki bin yıl ertelenebilirdi Anadolu'da sodalı camın kullanılması çok eskilere dayanır


Sümer tabletlerinde sodaya naga deniyordu İlk dönemlerde, soda elde etmek için, soda oranı çok olan uhulu ağacının (Akad dilinde aban u hu li diye geçer) küllerinden ya da Van gölünün sodalı suyundan yararlanılıyordu Renksiz türleri görünür ışığı çok iyi geçirdiği için pencere camlarında Romalılar'dan beri kullanılırlar Pencere camları ilk olarak, merkezkaç etkisi yaratılarak döndürülerek yapılıyordu Daha sonra üfleme tekniğinin keşfi ile cam, şişirilerek silindir haline getirildikten sonra, silindirin yan yüzeyi kesilerek elde edilen pek de düzgün olmayan pencere camı, diğer tekniğin sağladığı boyutlardan daha büyük oluyordu Flotal cam dediğimiz cam da sıvı kalay yüzeyinde yüzdürülerek elde ediliyor Flotal cam tüm diğer camlardan çok daha düzgün bir yüzeye sahiptir


Soda-kireç camının başlıca dezavantajı yüksek ısıl genleşme özelliğine sahip olmasıdır; yani ısıtılınca yapısal olarak genişlerler Silika ısıtılınca fazla genişlemez; fakat sodanın eklenmesi genleşme özelliğini dramatik bir biçimde artırır; genel olarak, soda ne kadar fazlaysa, sıcaklık değişimlerine karşı camın direnci de o kadar düşüktür Soğuk günlerde ince belli çay bardağınıza sıcak çay doldururken cam üzerinde ısıl şok yarattığınız için bardağınız çatlayabilir


Kalsiyum oksit yerine kurşun oksit ve sodyum oksitin yerine potasyum oksit kullanılması, kurşun camı olarak bilinen cam türünü oluşturur % 24 PbO içeren camlar, kristal cam diye bilinen cam türünün içinde yer alırlar Kurşun camı göreceli yumuşak yapısı nedeniyle işlenebilir ve yüksek kırılma indisine sahiptir Daha fazla kurşun oksit içeren camlar (%65) radyasyon perdeleme camları olarak kullanılabilirler, çünkü kurşunun, bilindiği gibi gama ışınlarını ve değişik formdaki zararlı radyasyonu emebilme yeteneği vardır


Borosilikat camı % 70-80 silika ve %7-13 bor oksitten ve az miktarda alkali (sodyum ve potasyum oksit) ve alüminyum oksitten meydana gelir Borosilikat camı düşük alkali içeriği ve kimyasal ve ısı şoku dayanıklılığı ile karakterize edilir; bu yüzden, Pyrex diye bildiği cam mutfak malzemelerinde kullanılır


Borosilikat camı suya, asitlere, tuz çözeltilerine, organik maddelere ve halojenlere (klor ve brom) yüksek düzeyde dayanıklılık gösterir Göreceli olarak alkali çözeltilerine karşı da dayanıklıdır Sadece hidroflorik asit, yoğun fosforik asit ve güçlü alkalin çözeltileri, yüksek sıcaklıklarda kabın yüzeyinde bozulmaya yol açarlar


Beherler ve dar boyunlu laboratuvar şişeleri kimyasal maddelere, ani sıcaklık değişimlerine ve mekanik şoklara karşı dayanıklı olmalıdır Ek olarak, şeffaflık, kolayca yumuşama ve şekil verme gibi camın sıradan özeliklerine sahip olmalıdır Belki de en önemlisi, cam laboratuvar malzemesinin üretimi ucuza gelmelidir


Kimya sanayisinin ve sanatının gelişimi açısından damıtma işlemi çok önemli yer tutar Ateşe dayanıklı kaplarda yapılan kaynatma işleminde, kapak kısmında sıvı damlaların yoğunlaştığı gözleniyordu Buradan esinlenerek damıtma balonu ve imbik geliştirildi MS 4 yy'da Synesius ve özellikle de Zosimos, iki ayrı kaptan oluşmuş damıtma aygıtları kullandılar: damıtma kabı ve külah kısmı Bu ikisinden daha sonra boynuzlu imbik (retorte) geliştirildi


Kolay uçucu maddelerin damıtılmasında, buharın soğutulması gerektiği anlaşılmıştı, yoksa buhar yoğunlaşmadan sistemden uzaklaşıp gidiyordu Zamanla hâlâ laboratuvarlarda kullanılan su soğutmalı damıtıcılar geliştirilmiştir


Damıtma ya da süblimleştirme için kullanılan ilk kaplar topraktan yapılmıştı Ancak 13 yy'dan sonra, gelişmiş cam kaplar yaygınlaştı Toprak kaplar kolayca gözenekli duruma geliyordu Oysa cam kaplar dayanıklıydı Ayrıca metal kaplar da kullanılıyordu ancak bunların çeşitli biçimlerde kirlenme ve zehirlenmelere yol açtığı bilinmiyordu Aynı amaçla tahta kaplar da kullanılıyordu ve bunların içine konan sıvılar, kızdırılmış metal çubukların daldırılması ile ısıtılıyordu

Paylaşım İçin Teşekkürler