كيف تتم صناعة الزجاج؟

صناعة الزجاج

صناعة الزجاج عند المسلمين
اعتنى المسلمون في العصور الوسطى بصناعة الزجاج وطوروها؛ وذلك بعدما تعلموا طرق صناعتها من البلدان التي فتحوها، مثل مصر والشام، والعراق، وإيران، وكان ذلك لحاجتهم إلى الأواني الزجاجية التي تستخدم في العطور، والعقاقير، والإنارة، والشرب، وغيرها.

ويتكون الزجاج من خليط من الرمل والبوتاس والصودا، حيث تصهر معًا حتى تتحول إلى سائل عند تبريده يكون مرنًا من السهل تشكيله، ويشكل الزجاج بواسطة أنبوبة حديدية ذات مبسم خشبي تغمس في السائل ويرفع على طرفها مقدار منه، ثم ينفخ في الأنبوبة فيتحول السائل إلى فقاعة مملوءة بالهواء، ثم تشكل حسب ما يريد الصانع، فقد تكون قنينة وقد تكون إبريقًا وغير ذلك.

وكانت الزخرفة تنفذ بأساليب مختلفة منها طريقة الضغط على الأواني وهي لا تزال لينة، وكذلك بطريقة الملقاط، أو بطريقة الإضافة تلك التي تتم بلصق خيوط من الزجاج إلى جدران الأواني وهي لينة، وغير ذلك من الطرق الأخرى.

ولقد صنع المسلمون القدامى أنواعًا كثيرة من الأواني الزجاجية؛ فوصلتنا هذه المجموعة المختلفة الأشكال تلك التي ترجع إلى القرن الثاني أو الثالث الهجري. هذه آنية زجاجية ترجع إلى القرن الثالث الهجري، وهذا الإبريق الزجاجي المصنوع بالطريقة الرومانية يرجع إلى القرن الثاني الهجري عصر الدولة العباسية، أما هذا القدر فقد زخرف بالإضافة في "مصر" الفاطمية خلال القرن الخامس الهجري، وهذا إبريق يرجع إلى القرن الثالث الهجري من "مصر" العباسية، كما وصلتنا هذه المزهرية المملوكية العصر، وقد زودت فوهتها البديعة الصنع بخيوط زجاجية ملونة، أما هذه القنينة فذات بدن مضلع نفذت بالقالب وزخرفت رقبتها بإضافة خيوط زجاجية في القرن الثامن الهجري.

وهذا جزء من إناء فاطمي العصر، وقد زُخرف بالكتابة الكوفية مع الكائنات المتقابلة ويرجع إلى القرن الخامس الهجري، أما هذه القنينة وتلك المكحلة فمن البلور الصخري، وقد زخرفتا بالقطع والشطف في مصر الفاطمية خلال القرن الخامس الهجري، والبلور ليس بزجاج؛ بل حجر صلب من باطن الأرض.

وهذه بعض المكاييل الزجاجية المخصصة للعطور أو السوائل الطبية من القرن الثاني الهجري عصر الأمويين، كما صنع العرب المسلمون الموازين والصِنَج من الزجاج أيضًا، فهذا ثقل ميزان يوازي رطلاً ويرجع إلى عام 129 للهجرة. وهذا مثقال فلس من العصر الأموي المبكر، أما هذه الصِنَج فمن عهد "العزيز بالله" الخليفة الفاطمي، وهذا الثقل من عهد السلطان "قايتباي" عام 893 للهجرة.

كما برع المسلمون في صنع المشكاوات؛ وذلك لإضاءة المساجد والمنازل وخلافه، وقد ورد ذكرها في القرآن الكريم: {اللهُ نُورُ السَّمَأوَاتِ وَالأَرْضِ مَثَلُ نُورِهِ كَمِشْكَاةٍ فِيهَا مِصْبَاحٌ الْمِصْبَاحُ فِي زُجَاجَةٍ} [النور: 35]، وقد وصلنا عدد من المشكاوات المملوكية العصر المموهة بالمينا والمزخرفة بكتابات نسخية وزخرفية نباتية، فهذه المشكاة باسم السلطان "حسن" وقد موهت بالمينا، وزخرفت بكتابات نسخية قرآنية وزخرفية نباتية غاية في الإبداع، وهذه أيضًا من عهد السلطان "حسن"، وقد زخرفت فقط بزخارف نباتية دقيقة بمهارة وإتقان.

أما هذه المشكاة فباسم الأمير "شايخو" ساقي السلطان المملوكي الناصر "محمد بن قلاوون"، وتضم مع الكتابة النسخية الجميلة "رنك الكأس" الذي يشير إلى وظيفة الساقي؛ حيث تعتبر "الرنوك الوظيفية" سمة من سمات العصر المملوكي.

واستخدم العرب المسلمون الزجاج في زخرفة النوافذ أيضًا؛ حيث برعوا في صناعة الزجاج المعشق في الجص. وتمر هذه الصناعة بعدة مراحل؛ بداية برسم الوحدات الزخرفية على الجص، ثم تبدأ مرحلة التفريغ أي التخريم لهذه الوحدات المراد تعشيقها بالزجاج.

وأخيرًا تبدأ مرحلة تركيب القطع الزجاجية المختلفة الأحجام والألوان من الخلف وتثبت بالجص السائل.

وما زالت هذه الطريقة المتوارثة تنتج لنا لوحات زخرفية متنوعة الأشكال تُحدِث مع الضوء حالة من البهجة والإبهار، ويبدو ذلك جليا في نوافذ العمائر الإسلامية المختلفة، كما استخدم المسلمون الزجاج في عمل زخارف الفسيفساء؛ ويظهر ذلك بوضوح في الجامع الأموي بدمشق الذي تضم زخارفه مناظر طبيعية بديعة، وتعتبر فسيفساء هذا المسجد أقدم نموذج للفسيفساء الزجاجية الإسلامية بعد قبة الصخرة.

بنية الزجاج
بنية زجاج السليكا (SiO2) في بعدين.

كما هو الحال في المواد الصلبة غير المتبلورة الأخرى فإن التركيب الذري للزجاج لا يحتوي أي تناظر انتقالي، ولكن نظراً لخصائص الارتباط الكيميائي فإن الزجاج يمتلك درجة عالية من الانتظام قصير المدى نسبة إلى المضلع الذري الموضعي.
أنواع الزجاج

يمكن تقسيم الزجاج من حيث تركيبه الكيميائي إلى ثلاث أنواع:

* زجاج الصودا: ويشكل ما يزيد عن 90% من الزجاج المستخدم : حيث يحتوي على أملاح الصوديوم وكربونات الصوديوم بنسبه عالية.

* الزجاج الرصاصي الكريستال: وهو زجاج براق، يستخدم في صناعة التحف والإكسسوارات.

* الكوارتز: ويحتوي على السيليكا بنسبه96%، يتميز بمقاومتة لأعلى درجات الحراره، مما يجعله مناسبًا لصناعه موازين الحراره والأفران.

كما يمكن تقسيم الزجاج أيضًا من حيث المعالجة الفيزيائية إلى نوعين:

* الزجاج الملدن:

* الزجاج المقسى: حيث يسخن إلى درجة حرارة معينة ثم يبرد بشكل سريع عن طريق تعريض سطح الزجاج لتيارات هواء بارد.لذا فهو يتميز عن الزجاج الملدن العادي بمايلي:
-*يمكن للزجاج المقسٍّى تحمل صدمات ميكانيكية أشدّ ممّا يتحمله الزجاج الملوّن العادي بـ 5 - 7 مرات. وعندما يتكسر الزجاج نتيجة صدمة شديدة, يتحول إلى عدد كبير من الشظايا صغيرة التي لا تجرح ولا تؤذي أحداً(لهذا السبب يسمى هذا الزجاج زجاج أمان مقسَّى). وخلافا للزجاج المقسى، فإن الزجاج العادي يتناثر عند تكسره إلى شظايا حادة جارحة بالغة الضرر

-*عندما ينكسر الزجاج المقسى نتيجة صدمة شديدة, يتحول إلى شظايا صغيرة لا تجرح ولا تؤذي أحداً(لهذا السبب تسمى زجاج أمان مقسَّى)وهو ما يستخدم في زجاج السيارات والسينما. أما الزجاج العادي الملدن فعند تكسره يتحول إلى شظايا مختلفة الأحجام, وحاده الأطراف ,و بالغة الضرر.

-*كما يمكن للزجاج المقسَّى تحمل الفارق بين درجات الحرارة الداخلية والخارجية, تصل إلى 300 درجة مئوية, في حين لا تتجاوز هذه الفروق الـ70 درجة مئوية في الزجاج العادي الملدن, مما يعرضها للكسر مباشرةً.

ومن الطرق الشائعه لتصنيع الزجاج هي خلط كميه كبيره من الرمل مع كميات قليله من الجير والصودا، ومن ثم تسخينه إلى درجة حرارة عالية تزيد على الـ 1100 درجة مئوية، حتى يصبح عجينةً سائلةً عالية اللزوجه، يتم بعدها تشكيله بطرق آلية أو يدوية، ومن ثم يبرد ليكون زجاجًا.

و يعتبر زجاج الصودا أو زجاج الحجر الجيري (الزجاج المسطح): هو الزجاج الأكثر شيوعًا واستخدامًا، حيث يشكل نسبه تزيد عن الـ (90%) من إجمالي الزجاج المستخدم في العالم. أما زجاج البوروسيليكات وهو ما يسمى بزجاج البايركس والكيموكس فهو يحتوي على السيلكا بنسبة(80%) وعلى القلويات بنسبة (4%) وعلى الألمونيوم بنسبة (2%) وعلى أكسيد البوريك بنسبة (13%). وهذا ما يعطيه صفة الصلابة التي تزيد بثلاثة أضعاف الزجاج المسطح.

أما زجاج السليكا المنصهر الكوارتز فهو يحتوي على السيلكا بنسبة (96%) ويتميز بمقاومته للصدمات، إلا أنه غالي الثمن.

و أهم خاصيه للزجاج من ناحيه تصنيعه هي لزوجته والتي تتعلق بدرجات الحرارة، لذا فإن زجاج السليكا النقي له لزوجه عالية ويحتاج إلى حرارة عالية جداً للتخلص من الفقاعات الموجودة فيه.

و هذا الشيء يجعل من صناعة زجاج السليكا النقي مكلف جداً.لذا ولأسباب علمية يلزم إضعاف زجاج السليكا لكي يسهل تصنيعه بشكل اقتصادي. ومن واقع الخبرة، يتضح أن اكسيدات المعادن القلوية هي خير وسيلة لتحقيق ذلك.

و يكمن السر في ذلك بأن كل ذرة سيليكون ترتبط بأربع ذرات فقط من الأوكسجين وأن أي ذرات إضافيه من الأكسجين تعمل خلخلة التشكيل المتماسك والقوي والمكون من سيليكون – أكسجين – سيلكون لذا أصبح من السهل علينا تغيير تركيب زجاج السيليكا وجعله أكثر تحركاً وذلك باستخدام أكسيدات المعادن القلوية.

و تعتبر هذه أكسيدات المعادن القلوية من أهم عوامل الصهر المستخدمة في صناعة الزجاج، وأكثر هذه الأكسيدات استخداما هي الصودا التي تعتبر أرخصها ثمنا، وقد استخدمت أكسيدات معادن أخرى القلوية لهذا الغرض مثل (البوتاسيوم والليثيوم... الخ).

و هناك أنواع من الزجاج تستخدم في الصناعات الميكروية كالزجاج الحساس للضوء.
المركبات الموازنة في الزجاج

هناك عناصر ومركبات كيميائية ضرورية موازنة في عملية تصنيع الزجاج بأشكاله وأنواعه المعروفة بحسب الاستخدام، من أهمها :

1- الجير : يستخدم كمحلول مائي لتصنيع الزجاج. ويستخدم جير الكالسيوم والدولوميت بكميات كبيرة مع الرمل وكربونات الصوديوم والمصابيح الكهربائية.
2- أكسيد الرصاص : يعتبر من المكونات الرئيسية لأنواع الزجاج الظراني الذي يتميز بمعامل انكسار عال، وعادة ما تشتمل على نسبة كبيرة من البوتاس (يعطي الزجاج بريقاً ولمعاناً وفي نفس الوقت مقاوم للكهرباء والحرارة).
3- أكسيد البوريك : يخفض من درجه لزوجه السليكا دون أن يزيد من تمددها الحراري، ومع إضافه كمية قليلة من اكسيد الألمونيوم يحافظ على شفافية الزجاج، ويجعله أكثر مقاوما للحرارة (البايركس)، وهي تستخدم في صناعة أدوات المخابز وأجهزة المختبرات والأنانبيب الصناعية لقدرتها على مقاومة التغيرات المفاجئة في درجات الحرارة وتحملها للتأثيرات الكيميائية.
4- أكسيد الألمونيوم والجير : يستخدم هذا الخليط بنسبة كبيرة في الزجاج مع (10%) من أكسيد البوريك وقليل من القلويات لصناعة الزجاج الليفي.
بشيء من التقريب يمكن القول أن الزجاج هو خلطة مناسبة من الرمل (السيليكا) مع بعض الاضافات الكيميائية وبظروف حرارية معينة نحصل على تلك المادة العجينية التي تبرد لتعطينا الزجاج، والزجاج مادة من أكثر المواد فائدة في العالم. وهو يصنع بشكل رئيسي من رمل السيليكا والصودا والجير.
للزجاج حالتين يوجد فيهما فقط، هما الحالة العجينية بدرجات الحرارة العالية جداً، والحالة الصلبة التي نراها في الطبيعة، والمميز في الزجاج أنه لا يمر بعملية التبلور التي ترافق تبريد مختلف المعادن عند عملية التشكيل.
هذا ويمكن الحصول على خواص مختلفة للزجاج بحسب طريقة تحضيره حيث يمكن للزجاج أن يشكل بحيث يستخرج على شكل خيوط رفيعة جدا تستخدم في تصنيع الالياف البصرية، أو يمكن أن يشكل من الحالة العجينية ويكسب مطواعية ليسكب في قوالب تعطيه الشكل النهائي كمرآة التلسكوب التي يصل وزنها عدة اطنان، ويمكن ان تزاد صلادته أو قساوته ليصبح أقوى من الفولاذ واكثر هشاشة من الورق مع إمكانية الحصول عليه بكافة الالوان والاشكال وذلك بسبب خاصيته العجينية.

صناعة الزجاج
يصنع الزجاج بطريقة التسخين إلى درجات الحرارة العالية حتى الحصول على الحالة العجينية للخليطة ومن ثم تتم عملية القولبة للعجينة بحسب الشكل المراد الحصول عليه، وطبعاً هنالك العديد من العوامل التي يجب مراعاتها ولكن هذه هي الطريقة العامة، وباختصار يمكننا القول أن صانع الزجاج يقوم بخلط كمية كبيرة من الرمل مع كميات قليلة من الجير والصودا وغيرها من المواد ليعطي للزجاج بعض الخواص. ويمكن أن تتكون المكونات الأخرى من الآلومنيوم وأكسيد الزرنيخ الأبيض بتسخين هذا الخليط أو جزء منه في فرن حتى يصبح كتلة من السائل الكثيف اللزج. وعندما يبرد هذا المزيج يصبح زجاجا. وتستعمل ملايين الأطنان من الرمل كل سنة لصنع الزجاج. ومع ذلك فإن هناك أنواعا خاصة من الزجاج تصنع دون أن يستعمل فيها الرمل مطلقاً.

البرسبكـس
هو مكوثر (polymer) الميثيل ميثاكريليت، اسمها التجاري (في الولايات المتحدة) هو لوسايت، كما يوجد له اسم تجاري آخر هو بليكسي غلاس، وتتميز هذه المادة بخصائص بصرية ممتازة، وهي ملائمة لصنع النظارات وعدسات الكاميرات، ومن أجل الإعلانات الضوئية الموجودة في الشوارع، كما وتدخل في صنع الزجاج المقاوم للرصاص

م/ن

شكرا للموضوع والمعلومات المتميزه