Borosilikatglas 3.3: Eigenschaften, Zusammensetzung, Thermoschock und Laboranwendungen

Betreten Sie fast jedes funktionierende Chemielabor und die Glasgeräte auf dem Labortisch teilen stillschweigend eine Spezifikation: Borosilikatglas 3.3. Bei der Nummer handelt es sich nicht um eine Marke, einen Reinheitsgrad oder ein Marketingetikett. Dabei handelt es sich um eine Materialbezeichnung, die an eine einzelne physikalische Eigenschaft gebunden ist, den Koeffizienten der mittleren Längenausdehnung, und sie sagt viel darüber aus, wie sich ein Kolben, ein Kondensator, eine Flasche oder ein Reaktor verhält, wenn er erhitzt, gekühlt, evakuiert oder mit aggressiven Chemikalien gefüllt wird. Wenn man weiß, woher die 3.3 kommt, fällt die Wahl Laborglaswaren aus Borosilikat 3.3 weit weniger eine Vermutung.

Was die 3.3 in Borosilikatglas 3.3 eigentlich bedeutet

Borosilikatglas 3.3 wird durch seinen mittleren Längenausdehnungskoeffizienten definiert: etwa 3,3 × 10-6 pro Kelvin, gemessen zwischen 20 und 300 °C. Diese Zahl ist in der Norm ISO 3585 festgeschrieben, die die Eigenschaften dieser Glasfamilie beschreibt, und ist der Grund dafür, dass das Material normalerweise einfach „3.3“ genannt wird, anstatt einen proprietären Namen zu erhalten. Die Norm lässt eine Toleranz von etwa plus/minus 0,1 × 10-6 pro Kelvin zu, weshalb Produkte unterschiedlicher Hersteller maßlich und thermisch austauschbar bleiben.

Die geringe Ausdehnung ist auf die Zusammensetzung zurückzuführen. Ein typisches 3,3-Glas enthält etwa 81 % Siliziumdioxid (SiO2), etwa 13 % Bortrioxid (B2O3), etwa 4 % Natriumoxid (Na2O) und einige Prozent Aluminiumoxid (Al2O3) sowie geringe Mengen Kaliumoxid. Bor ist der entscheidende Zusatz: Es dringt in das Siliciumdioxid-Netzwerk ein und begrenzt die Ausdehnung der Struktur bei Erwärmung. Wenn Sie die Chemie genauer erfahren möchten, lesen Sie unseren Hinweis auf Borosilikatglaszusammensetzung und der Wert 3,3 geht nacheinander durch die Oxide.

Da sowohl die Zusammensetzung als auch die Ausdehnung standardisiert sind, erfüllt 3.3-Glas mehrere Klassifizierungen gleichzeitig. Es entspricht USP Typ I Borosilikatglas, ASTM E438 Typ I Klasse A und dem in DIN ISO 3585 als Borosilikatglas 3.3 bezeichneten Material. Für ein Labor ist diese Überschneidung eher praktischer als akademischer Natur: Es bedeutet, dass ein für Arzneibucharbeiten gekaufter Messkolben und ein für eine Synthesebank gekaufter Reaktionskolben das gleiche Grundmaterial und das gleiche thermische Verhalten haben können.

Wichtige Eigenschaften auf einen Blick

In der folgenden Tabelle sind die Zahlen aufgeführt, die am wichtigsten sind, wenn Sie ein Experiment planen, eine Methode schreiben oder prüfen, ob die Aussage eines Lieferanten zutrifft.

Thermoschockbeständigkeit und warum die Zahl wichtig ist

Wie gut ein Glas einen plötzlichen Temperaturwechsel übersteht, hängt hauptsächlich von seinem Ausdehnungskoeffizienten ab, denn die Ausdehnung erzeugt innere Spannungen, wenn ein Teil eines Gefäßes heißer ist als ein anderer. Mit etwa einem Drittel der Ausdehnung von Natronkalkglas toleriert Borosilikat 3.3 Unterschiede, die bei einem gewöhnlichen Trinkglas zu Rissen führen würden. Im Alltag kann ein dünnwandiges 3,3-Gefäß normalerweise einen Sprung von etwa 100 bis 120 K überstehen, während Kalknatronglas ähnlicher Dicke bei 40 K oder weniger versagen kann.

Wo die einfache Zahl aufhört, einfach zu sein

Wandstärke und Geometrie sind ebenso wichtig wie der Koeffizient selbst. Wärme bewegt sich langsam durch Glas, sodass eine dicke Wand größere innere Gradienten entwickelt als eine dünne. Abrupte Übergänge, etwa wenn ein schwerer Boden auf eine dünne Seitenwand trifft oder eine bei hoher Temperatur verschmolzene Verbindung, konzentrieren die Spannung. Aus diesem Grund können sich zwei Kolben aus demselben 3.3-Rohr sehr unterschiedlich verhalten, wenn einer unter kaltem Wasserhahn gespült und der andere an der Luft abgekühlt wird.

Die meisten Brüche, die auf „schlechtes Glas“ zurückgeführt werden, sind in Wirklichkeit ein Handhabungsproblem: Erhitzen einer Seite eines Kolbens mit einer offenen Flamme, Gießen von kaltem Lösungsmittel in ein heißes Gefäß, Festklemmen einer Verbindung unter Biegebelastung oder Beanspruchen eines Schliffkegels, der Sand aufgenommen hat. Durch das Glühen im Werk wird der Herstellungsstress einmalig beseitigt; Schonende Handhabung an der Werkbank sorgt dafür, dass es entfernt bleibt.

Chemische Beständigkeit und ihre Grenzen

Borosilikat 3.3 ist nach ISO 719 und ISO 720 als hochbeständiges Glas klassifiziert und erfüllt die Säurebeständigkeitsanforderungen der ISO 1776. Es widersteht Wasser, verdünnten und konzentrierten Säuren, Salzlösungen und den meisten organischen Lösungsmitteln ohne messbaren Angriff, weshalb es für die Lagerung von Reagenzien, volumetrische Messungen, chromatographische Säulen und Reaktorsysteme in der Feinchemie und Pharmazie verwendet wird.

Es gibt bekannte Ausnahmen, und es ist teuer, sie zu ignorieren:

• Flusssäure und alle fluoridhaltigen Mischungen greifen das Silica-Netzwerk schnell an und sollten niemals in Glas gelagert oder gehandhabt werden.
• Heiße konzentrierte Phosphorsäure und heiße konzentrierte Alkalien wie Natrium- oder Kaliumhydroxid lösen Glas langsam, aber gleichmäßig auf.
• Alkalische Lösungen, die über Monate in einer Flasche stehen bleiben, lösen Natrium aus der Oberfläche und hinterlassen einen trüben, geätzten Film.
• Wiederholte Spülgänge mit heißem alkalischem Geschirr beschlagen die Oberfläche von volumetrischem Geschirr und können die feine Bohrung von Büretten und Pipetten beeinträchtigen.

Für die routinemäßige Reinigung sind neutrale oder leicht saure Reinigungsmittel, gefolgt von einer Spülung mit destilliertem Wasser, schonender als stark alkalische Bäder, insbesondere für Messgeschirr der Klasse A, bei dem der Oberflächenzustand die Genauigkeit beeinflusst.

Wo Borosilikatglas 3.3 im Labor verwendet wird

Da das Material thermische Stabilität, chemische Inertheit und optische Klarheit vereint, taucht es fast überall in einem Arbeitslabor auf:

• Reaktionsarbeiten: Einhals- und Mehrhalsrundkolben, Doppelmantelreaktionskolben, Tischreaktoren und größere Pilotgefäße mit passenden Deckeln und Rühreradaptern.
• Rückfluss und Kondensation: Liebig-, Allihn-, Graham- und Luftkondensatoren, Kaltfinger und komplette Rückflussbaugruppen.
• Destillation und Verdampfung: Destillationsköpfe, Fraktionierkolonnen, Packungsmaterialien, Vakuumentnahmeadapter, Spritzschutzbirnen und Rotationsverdampferkomponenten.
• Filtration: Sinterglastrichter und -tiegel, Filterkolben und vollständige Vakuumfiltrationsbaugruppen.
• Lagerung und Handhabung: Reagenzienflaschen mit Schraubverschluss, Probenfläschchen, Exsikkatoren, Gaswaschflaschen und Lösungsmittelreservoirs.
• Messung und Analyse: Messkolben, Büretten, Messpipetten, Messzylinder, Chromatographiesäulen, TLC-Entwicklungstanks und NMR-Röhrchen.
• Prozess- und Technikumsmaßstab: Glasreaktorsysteme, Transferleitungen und Schaugläser für Anlagen mit korrosiven Medien.

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Praktische Banknotizen für die Arbeit mit 3.3 Glaswaren

Ein paar Gewohnheiten sorgen dafür, dass 3.3-Glaswaren jahrelang statt monatelang im Einsatz bleiben:

1. Schliffverbindungen möglichst sauber und trocken montieren. Wenn ein Absperrhahn geschmiert werden muss, verwenden Sie PTFE-Hülsen oder eine sparsame Menge Silikonfett und reinigen Sie ihn anschließend.
2. Stützen Sie Mehrhalskolben und schwere Kühler mit über der Verbindung angebrachten Klammern. Glas sollte niemals schräg sein Eigengewicht tragen.
3. Dichten Sie Gelenke durch leichtes Drehen statt mit Gewalt ab. Ein festsitzender Konus beginnt meist mit einer verbogenen, verschmutzten oder zu fest angezogenen Verbindung.
4. Mit einem Kaminsims, einem Ölbad oder einem Heizblock langsam erhitzen. Vermeiden Sie direkte Flammen und wenden Sie niemals lokale Hitze an einer dünnen Stelle oder einem reparierten Bereich an.
5. Nach und nach abkühlen lassen. Das Ausspülen einer Flasche direkt aus einem 200 °C heißen Bad unter kaltem Wasser ist die häufigste Ursache für unerklärlichen Bruch.
6. Beobachten Sie Temperaturunterschiede statt absoluter Temperaturen. 3.3 Glas hält 300 °C bequem; Es widerspricht einem Gradienten von 150 K über einige Zentimeter Wand.
7. Prüfen Sie Felgen und Verbindungen vor allen Vakuumarbeiten auf feine Risse. Evakuierte Glaswaren speichern überraschend viel Energie.

Wählen Sie 3.3 Glaswaren, die zu Ihrer Arbeit passen

Wenn Sie Kataloge vergleichen, fragen Sie nach der Ausdehnungszahl und nicht nach dem Wort „Borosilikat“. Neutrales Glas und andere Materialien mit hoher Ausdehnung werden manchmal grob als Borosilikat beschrieben, verhalten sich jedoch auf einer Kochplatte ganz anders. Überprüfen Sie neben dem Material auch die Fugengrößen im Vergleich zu den Glaswaren, die Sie bereits besitzen, die Wandstärke für die erwartete thermische Belastung und ob die Messware eine Klasse-A-Kennzeichnung trägt.

Shanghai Heqi Glassware produziert seit 2002 Standard-Schliffglaswaren mit eigenen Glas-, Metallbearbeitungs- und Montagewerkstätten. Wir liefern sowohl unsere eigenen Teile als auch Instrumente anderer Hersteller, sodass ein Labor in einem Auftrag eine komplette Anlage bauen kann. Wenn Sie sich nicht sicher sind, ob es sich bei einer bestimmten Flasche oder Flasche um ein echtes 3.3-Flaschen handelt, besprechen wir die Spezifikationen gerne vor dem Kauf mit Ihnen.

Sogar ein einfacher Becher mit niedriger Form profitiert von der gleichen Disziplin. Ein 3,3-Becherglas mit dicker Wand und flachem Boden erwärmt sich gleichmäßig auf einer Kochplatte, übersteht einen schnellen Wechsel auf eine kalte Bank und ermöglicht es Ihnen, die Lösung zu beobachten, ohne Ihre Augen zu überanstrengen.

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Borosilikatglas 3.3 ist einer der wenigen Laborstandards, der über Jahrzehnte hinweg unverändert geblieben ist, und genau auf diese Stabilität kommt es an. Die Zahl gibt Auskunft über die Ausdehnung, die Ausdehnung gibt Aufschluss über das thermische Verhalten und die Norm sagt Ihnen, dass eine Verbindung eines Herstellers immer noch in einen Kondensator eines anderen passt. Wählen Sie Ihre Glaswaren entsprechend diesen Bedingungen aus, gehen Sie vorsichtig mit den Verbindungen um, halten Sie heiße alkalische Bäder davon fern, und sie werden an Ihrem Arbeitsplatz sehr lange funktionstüchtig bleiben.