Diabolo

Vidéo très intéressantes sur le verre et forcément, nos optiques...

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Guest TICTACTOC

 

 

Il y a 2 heures, Diabolo a dit :

ce qu'est le verre, à voir !!

 

Je préfère le verre, à boire !!   

Mais bon, c'est bien aussi !

 

Un super vulgarisateur et un boulot monstre derrière.

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Ce sont les bases pour comprendre le façonnage des verres, il manque malheureusement beaucoup de notions pour expliquer les propriétés optiques. Ce sont des modifications électromagnétiques de l'onde qui traverse le verre et qui dépend de sa composition.
 

Le quartz

Le quartz quand il s'est arrangé à l'état d'équilibre des forces électrostatiques. => Vu le tableau de Pauling, l'électronégativité de Si = 1.8 et O=3.5, la liaison SIO2 est polaire. (|X1-X2|>0.4).

L'ion Si (X<2) est donneur d'électron. Les oxygènes sont alors 4 boules négatives qui se repoussent (électrostatique)

http://www.quartzpage.de/gen_struct.html

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Note de représentation Lewis pseudo-3D : image.png.b98d05eb8332f310df55d01dca18d367.png

Deux possibilités macromoléculaires pour arriver à l'équilibre : quartz droit ou gauche.

Ce gros paquet structurel de 3+10 atomes forme une molécule qui reste difficile à stabiliser en cristal, et les forces sont affaiblies pas la distance d'action.

Ça finit par s'équilibrer en couches hexagonales neutres avec un repartage par les liaisons entre oxygènes.

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On part d'une liaison qui semblait forte avec un potentiel d'électronégativité de 1.7 vers des plans de molécules qui peuvent glisser et tourner fortement avant de trouver l'équilibre.

 

                                  => viscosité

 

En cours d'arrangement, encore perturbé par l'agitation thermique.

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Le verre sodo-calcique (on ne dit pas silico-sodo-calcique) est la base pour expliquer la rupture des chaînes cristallines et la facilitation du comportement visqueux. C'est du à un phénomène de neutralisation des liaisons covalentes des pyramides de silice : c'est de la chimie.

La découverte antique de l'ajout du natron https://fr.wikipedia.org/wiki/Natron

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Il s'agit bien plus qu'un mélange. L'ion sodium vient s'accrocher aux oxygènes de la structure et empêche la formation du cristal de quartz et favorise le glissement des pyramides tétraédriques de Si + O dont les angles sont eux plus rigides.

 

 

Dans l'industrie du verre optique il faut autre chose que du fondant, il faut des formateurs de réseau.

 

 

L'on passe rapidement dans le sujet sur le premier verre optique qui permit la différence avec les verres "crowns" : les cristaux au plomb (flint) destinés à la décoration.

 

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Verres Flints : la découverte qui donne naissance aux achromats

Oxyde de plomb et verre au plomb (cristallerie de Baccarat) avant refonte.

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Les pyramides tétraédriques de silicium / oxygène se réarrangent en chaînes sécables.

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Et ainsi l'on obtient 3-4 types de verres flint (LLF, LF, F, SF) dans la dénomination chez Schott

Phase-diagram-for-PbO-SiO-2-after-Reser-1969-fig-284.png.9f6f59aeae37b3cef93c26056e279a77.png

 

Les zones limites (concentration en masse PbO vs SiO2) sont instables, c'est parfois impossible de stabliliser certaines proportions de mélanges

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Verres Crowns : début 20eme siècle, la chimie stabilise la fabrication les verres léger et améliore leur dispersion dans le bleu.

Verres boro-silicate : modernisation des crowns vers 1900 début du 20eme siècle

Schott joue avec la saturation en ion Bore (oxyde de bore) pour stabiliser le fameux verre BK7 en 1907

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Et enfin, une dernière chose, le verre ordinaire est cousin du ciment.

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Quelques verres non-optiques

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Quelques verres optiques

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Edited by lyl
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Bah, on pourrait aussi ajouter que le quartz cristallise à-partir de solutions aqueuses et non du liquide fondu.

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Il y a 10 heures, Moot a dit :

le quartz cristallise à-partir de solutions aqueuses

Merci @Moot, je peux ainsi rebondir sur ton intervention pour parler en conclusion du façonnage optique.

 

Mais restons en première étape sur le mystère de la formation du quartz, un cristal plutôt fréquent sur Terre.

 

En effet c'est plus facile dans une solution fluide que les plans hexagonaux (cf mon post précédent) successifs s'empilent : les molécules contenant la chaîne SiO s'orientent et

s'approchent, finissant par s'empiler en partageant un atome d'oxygène.

 

Le mécanisme : l'acide orthosilicique

 

Dans les bases de la chimie inorganique : https://fr.wikipedia.org/wiki/Acide_silicique

Il y en a partout sur terre...

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Exemple : l'anorthite un feldspath https://rockidentifier.com/fr/wiki/Anorthite.html (du Vésuve par exemple) qui se dissout à cause de la présence de gaz carbonique (produit par la matière vivante par exemple) et produit de l'acide orthosilicique \

 

Ci-dessous quelques sources minérales qui sont modifiés dans la nature par du gaz carbonique dissous dans l'eau , de l'acide carbonique ou simplement une oxydation.

A et B étant les plus intéressants car production directe d'acide silicique.

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Cet acide a des propriétés connues, il est assez faible et est susceptible de produire des ions hydroniums en relâchant ses protons, \

 

 

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laissant le tétraèdre SiO4 capable de former des ponts siloxanes. Et ainsi du quartz peut se former progressivement à partir de la déshydratation de l'acide silicique.

Formule générale : silice solide + eau <=> acide orthosilicique.

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On déduit ainsi que les verres optiques ou non, sont +/- résistants à la corrosion humide.

 

Plus en détails, voici les phases de déshydratation et de formation en triplet silicique gauche ou droit avant accrochage sur un germe hexagonal.

 

Un peu de magie de la chimie des silanols => on tend vers la cristallisation naturelle via la phase humide.

image.png.75e7a73235ce11fcb7d612836628213b.png

En gris : partie dans la masse vitreuse, le pont siloxane va exposer un oxygène apte à attirer d'autres ions silicium (par affinité plus forte que la liaison OH- qui est de 1.3 contre 1.7)

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Le polissage physico-chimique.

 

A l'inverse, il faut savoir que le polissage des verres optiques fait appel majoritairement à ce phénomène, en sens inverse, bien plus vite que l'érosion de l'anorthite

L'ajout d'oxyde de fer (rouge à polir) comme d'oxyde de cérium (opaline) change le sens des réactions chimiques, la raison est la plus grande affinité chimique. (La liaison Ce-O est forte)

La solution aqueuse hydrolyse la surface optique et celle du grain abrasif, puis la mise en contact  favorise la mutation des liaisons en libèrant une molécule d'eau.

Il va de soit que le pH de la solution joue sur la disponibilité des extrémités Si-O-H et Ce-O-H

Il y a consommation chimique du produit à polir via le pont Ce = O = Si (ou Fe = O =  Si ) qui se forme et arrache les atomes de siliciium jusqu'à saturation du grain en surface.

L'abrasion aidant principalement à apporter l'énergie pour arracher et disperser les chaînes Ce = O = Si produitent localement à la surface du verre vers le fluide de polissage.

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Edited by lyl
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