Borosilikatglas 3.3: Egenskaper, sammansättning, termisk chock och labbapplikationer

Gå in i nästan alla fungerande kemilabb och glasvarorna på bänken delar tyst en specifikation: borosilikatglas 3.3. Numret är inte ett varumärke, ett tydlighetsbetyg eller en marknadsföringsetikett. Det är en materialbeteckning knuten till en enda fysisk egenskap, koefficienten för medellinjär expansion, och den förutsäger en hel del om hur en kolv, kondensor, flaska eller reaktor beter sig när den värms, kyls, evakueras eller fylls med aggressiv kemi. Att förstå var 3.3 kommer ifrån gör valet av borosilikat 3.3 laboratorieglas mycket mindre gissning.

Vad 3.3 i borosilikatglas 3.3 faktiskt betyder

Borosilikatglas 3.3 definieras av dess medellinjära expansionskoefficient: cirka 3,3 × 10-6 per kelvin, mätt mellan 20 och 300 °C. Den siffran är inskriven i ISO 3585, standarden som beskriver egenskaperna hos denna glasfamilj, och det är anledningen till att materialet brukar kallas för "3.3" istället för att få ett eget namn. Standarden tillåter en tolerans på ungefär plus eller minus 0,1 × 10-6 per kelvin, varför produkter från olika tillverkare förblir dimensionellt och termiskt utbytbara.

Den låga expansionen kommer från kompositionen. Ett typiskt 3,3-glas innehåller ungefär 81 % kiseldioxid (SiO2), cirka 13 % bortrioxid (B2O3), cirka 4 % natriumoxid (Na2O) och ett par procent aluminiumoxid (Al2O3) tillsammans med små mängder kaliumoxid. Bor är nyckeltillskottet: det kommer in i kiseldioxidnätverket och begränsar hur mycket strukturen sträcker sig när den värms upp. Om du vill ha kemin mer i detalj, vår anteckning om borosilikatglassammansättning och 3,3-figuren går igenom oxiderna en efter en.

Eftersom både sammansättningen och expansionen är standardiserade uppfyller 3,3 glas flera klassificeringar samtidigt. Det motsvarar USP Typ I borosilikatglas, ASTM E438 Typ I Klass A, och materialet betecknat som borosilikatglas 3.3 i DIN ISO 3585. För ett laboratorium är den överlappningen praktisk snarare än akademisk: det betyder en mätkolv som köpts för farmakopéarbete och en reaktionskolv som köpts för samma basmaterial och kan dela samma basmaterial.

Viktiga egenskaper i ett ögonkast

Tabellen nedan samlar de siffror som betyder mest när du planerar ett experiment, skriver en metod eller kontrollerar om en leverantörs påstående håller.

Termisk chockmotstånd och varför numret är viktigt

Hur väl ett glas överlever en plötslig temperaturförändring beror mest på dess expansionskoefficient, eftersom expansion är det som skapar inre stress när en del av ett kärl är varmare än en annan. Med ungefär en tredjedel expansionen av soda-limeglas tolererar borosilikat 3.3 skillnader som skulle spricka ett vanligt dricksglas. I vardagliga termer kan ett tunnväggigt 3,3-kärl vanligtvis ta en stegförändring på cirka 100 till 120 K, medan soda-kalkglas av liknande tjocklek kan gå sönder vid 40 K eller mindre.

Där det enkla numret slutar vara enkelt

Väggtjocklek och geometri spelar lika stor roll som själva koefficienten. Värme rör sig långsamt genom glaset, så en tjock vägg utvecklar större inre gradienter än en tunn. Plötsliga övergångar, såsom en tung bas som möter en tunn sidovägg eller en fog som smälts vid hög temperatur, koncentrerar stressen. Det är därför två flaskor gjorda av samma 3.3-slang kan bete sig väldigt olika när den ena sköljs under en kall kran och den andra får svalna i luft.

De flesta brott som skylls på "dåligt glas" är verkligen ett hanteringsproblem: att värma ena sidan av en kolv med en bar låga, hälla kallt lösningsmedel i ett varmt kärl, klämma fast en fog under böjbelastning eller tvinga fram en markkona som har tagit upp grus. Glödgning på fabriken tar bort tillverkningsstressen en gång; skonsam hantering vid bänken håller den borta.

Kemisk resistens och dess gränser

Borosilikat 3.3 är klassificerat som ett mycket motståndskraftigt glas enligt ISO 719 och ISO 720, och det uppfyller kraven på syrabeständighet enligt ISO 1776. Det motstår vatten, utspädda och koncentrerade syror, saltlösningar och de flesta organiska lösningsmedel utan mätbart angrepp, varför det används för reagenslagring, volymetriska kolonn- och rekromatografisystem i kemiska kolonn- och rekromatografiska mätsystem. läkemedel.

Det finns välkända undantag, och det är dyrt att ignorera dem:

• Fluorvätesyra och eventuell fluorhaltig blandning angriper kiseldioxidnätverket snabbt och bör aldrig förvaras eller hanteras i glas.
• Varm koncentrerad fosforsyra och varm koncentrerad alkali såsom natrium- eller kaliumhydroxid löser glaset långsamt men stadigt.
• Alkaliska lösningar som får stå i en flaska i månader läcker natrium från ytan och lämnar en grumlig, etsad film.
• Upprepade heta alkaliska diskmaskiner dimmar ytan på volymetrisk disk och kan påverka det fina hålet i byretter och pipetter.

För rutinrengöring är neutrala eller milt sura rengöringsmedel följt av en sköljning med destillerat vatten snällare än starka alkaliska bad, särskilt för klass A mätartiklar där yttillståndet påverkar noggrannheten.

Där borosilikatglas 3.3 används i laboratoriet

Eftersom materialet kombinerar termisk stabilitet, kemisk tröghet och optisk klarhet, dyker det upp nästan överallt i ett fungerande labb:

• Reaktionsarbete: enhalsade och flerhalsade rundbottnade kolvar, mantelförsedda reaktionskolvar, bänkreaktorer och större kärl i pilotskala med matchande lock och omröraradaptrar.
• Återflöde och kondensation: Liebig, Allihn, Graham och luftkondensorer, kalla fingrar och kompletta återflödesaggregat.
• Destillation och indunstning: destillationshuvuden, fraktioneringskolonner, förpackningsmaterial, vakuumuttagsadaptrar, stänkskyddslampor och roterande indunstarkomponenter.
• Filtrering: sintrade glastrattar och deglar, filterkolvar och fullvakuumfiltreringsenheter.
• Förvaring och hantering: reagensflaskor med skruvlock, provflaskor, exsickatorer, gastvättflaskor och lösningsmedelsbehållare.
• Mätning och analys: mätkolvar, byretter, graderade pipetter, graderade cylindrar, kromatografikolonner, TLC-framkallningstankar och NMR-rör.
• Process- och pilotskala: glasreaktorsystem, överföringsledningar och synglas för anläggningar som hanterar korrosiva medier.

Om ditt arbete fokuserar på syntes är den trehalsade rundbottnade kolven i klass A 3.3 glas den bit du kommer att nå oftast. Den accepterar en omrörare, en termometer eller tillsatstratt och en kondensor samtidigt, och standardkonorna håller den utbytbar med allt annat i skarvsystemet.

Klass A trehalsad rundbottnad kolv för laboratoriesyntes En klass A trehalsad rundbottnad kolv för organisk syntes och kontrollerad uppvärmning, tillgänglig i storlekar från 50 ml till 2000 ml med standardskarvar. Visa produkt →

På förvaringssidan är en reagensflaska med blått lock i 3,3 högt borosilikatglas den tysta arbetshästen på hyllan: skruvkorken tätar utan fett, väggen är tillräckligt tjock för daglig hantering och materialet rycker bort de syror och lösningsmedel som oftast hålls inom räckhåll.

Blå lock gängad reagensflaska i 3,3 borosilikatglas En 3.3 borosilikatreagensflaska med blått lock för säker laboratoriereagensförvaring, tillgänglig från 100 ml till 20 000 ml med en gängad tätning. Visa produkt →

Praktiska bänkanteckningar för att arbeta med 3.3-glas

Några få vanor håller 3.3-glas i tjänst i flera år snarare än månader:

1. Montera markfogar rena och torra där det är möjligt. Om en kran behöver smörjas, använd PTFE-hylsor eller en sparsam touch av silikonfett och rengör den efteråt.
2. Stöd flerhalsade kolvar och tunga kondensorer med klämmor placerade ovanför fogen. Glas ska aldrig bära sin egen vikt i vinkel.
3. Täta lederna genom försiktig rotation snarare än kraft. En avsmalnande avsmalning börjar vanligtvis med en böjd, smutsig eller för åtdragen fog.
4. Värm långsamt med mantel, oljebad eller värmeblock. Undvik direkt låga och applicera aldrig lokal värme på en tunn plats eller ett reparerat område.
5. Kyl gradvis. Att skölja en kolv direkt från ett 200 °C bad under kallt vatten är den vanligaste orsaken till oförklarliga brott.
6. Titta på temperaturskillnader snarare än absoluta temperaturer. 3,3 glashandtag 300 °C bekvämt; den motsätter sig en 150 K lutning över några centimeters vägg.
7. Kontrollera fälgar och leder med avseende på fina sprickor före eventuellt vakuumarbete. Evakuerade glasföremål lagrar en överraskande mängd energi.

Att välja 3.3-glas som passar ditt arbete

När du jämför kataloger, fråga efter expansionssiffran istället för ordet "borosilikat". Neutralt glas och andra högexpansionsmaterial beskrivs ibland löst som borosilikat, men de beter sig helt annorlunda på en kokplatta. Utöver materialet, kontrollera fogstorlekarna mot glasvarorna du redan äger, väggtjockleken för den termiska belastningen du förväntar dig och om mätgodset har en klass A-märkning.

Shanghai Heqi Glassware har tillverkat standardslipade glasvaror sedan 2002, med våra egna glas-, metallbearbetnings- och monteringsverkstäder, och vi levererar både våra egna bitar och andra tillverkares instrument så att ett laboratorium kan bygga en komplett uppställning i en beställning. Om du är osäker på om en viss kolv eller flaska är äkta 3.3 pratar vi gärna igenom specifikationen med dig innan du köper.

Även en vanlig lågformad bägare gynnas av samma disciplin. En 3,3-bägare med en tjock vägg och en platt botten värms jämnt på en kokplatta, överlever en snabb flytt till en kall bänk och låter dig titta på lösningen utan att anstränga ögonen.

Lågformig borosilikatglasbägare för laboratoriekemi En lågformad 3,3 borosilikatbägare för jämn uppvärmning och tydlig reaktionsobservation, med en hällpip och platt botten för omrörning. Visa produkt →

Borosilikatglas 3.3 är en av få laboratoriestandarder som har varit oförändrade i decennier, och den stabiliteten är hela poängen. Siffran talar om expansionen, expansionen talar om det termiska beteendet och standarden talar om att en skarv från en tillverkare fortfarande passar en kondensor från en annan. Välj dina glasvaror på dessa villkor, behandla fogarna försiktigt, håll varma alkaliska bad borta från dem, och det kommer att fortsätta fungera på din bänk under mycket lång tid.