Camın Tarihi
cam malzemesine de uyarlandı. 1915’te bu borosilikat camı üretildiğinde çoğu laboratuvar ve araştırmacı. km’vet 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 dönemkide geliştirilen bir carr türü âs cr M* stlükz: <lâ-îrıiır.
uruı Bir ikinci îsj! işlem. cam: yoğunlaştırarak boşlukların kapanmasını sağlıyor, böylece cam şeffaf \ e 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 Palo-mar 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 tek-
nisyenleri, 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 ye-
Laboratuvar çalışmalarında gereken gazların üretilmesinde kullanılan kip cihazını sar renkli çözeltisiyle görüyorsunuz. Daha ön plandaki cihaz arka plandaki soğutucu ¿e balonlarla bağlantılıdır. Mor çözeltiii bu karmaşık cihaz, azot tayininde kullanılır.
ni 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 İkincisi, 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. M.O. 1200’lerde cam, açık bir kalıbın üstüne bastırılarak yapılıyordu.
Yüzyıllarca cam, takıda, mücevherde, yer ve duvar mozaiğinde kul-
lanıldı. Camın kullanım amacının genişlemesi, cam üflemeciliğinin icadıyla gerçekleşti. M.Ö. 20’de bu yeni cam üretme yönteminin kullanılması endüstriyel bir devrim yarattı ve camın lüks malzeme üretiminden işlevsel malzeme üretimine kaymasını sağladı. Pompeii, M.S. 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. M.S. 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 sarratı 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.
M.S. 1159’da St. Marcus Katedrali inşaa edildiğinde tüm binanın İncili anlatan cam mozaikle kaplanması 250 yıl sürdü. Aynaların civa ile
– ” daha görülmektedir. Alt katta ise büyükçe bir huni, gaz yıkama şişesi ve piset vardır, ¡kinci resimde, fernbach balonu deni-î” :^rkabı. kare şişe, konik ve taksimatlı bir kap, bakteriyolojik amaçlar için kullanılan Roux şişesi, ‘U’ şeklindeki taksimatlı boru Z£ . ‘£ . – ccnazı olarak kullanılmaktadır. Üçüncü resimde karşımıza genel laboratuvar malzemeleri çıkıyor. İlk rafta iki erlen arasında z * r sr £s. ;■sarcnu. ikinci rafta şlifli dibi düz bir balon, gaz yıkama şişesi ve beher, en altta da, stok şişesi musluk için çıkış borusu : : —- • r’ » ^ *■ vzyasal maddelerin nemden korundukları desikatör, erlen, ve biri spiralli diğeri bullu iki soğutucu görünmektedir.
Bir soğutucunun dış silindirine açılan deliğe, hortumun bağlanabileceği boru ekleniyor. Diğer laboratuvar malzemeleri de, ateş önünde, parçalar birleştirilerek üretiliyor.
lar. Pencere camları ilk olarak, merkezkaç etkisi yaratılarak döndürülerek yapılıyordu. Daha sonra üfleme îekmŞmi:: keş:’ ile cam. şişirilerek
«oma. sî-
Cam malzemeye alternatif olarak ge-Sştinter pıastik laboratuvar malzemesi, henüz ülkemizde olmasa da Dünya’da yaygın olarak kullanılıyor. Plastik laboratuvar malzemesi polietilen, polipropilen, po-lisitiren, polivinil klorit, polioksi metilen, polikarbonat, politetrafloro etilen,perfloro-alkoksi gibi kimyasal yapılara sahiptirler. Farklı kimyasal yapılara sahip plastik malzemeler, çok farklı amaçlar için kullanılabilirler. 0 ile 100 derece arasında kullanılanların yanında, -270 ile 250 derece arasında kullanım alnına sahip olanlar da vardır. Doğrudan bunsen beki üzerinde kullanılamayan tüm bu plastik malzemeler arasında polltetra floroetlne (PTFE), ısıya karşı gösterdiği dirençle birlikte, çok geniş yelpazedeki kimyasallar arsında sadece gümüş nitrata karşı dayanıksızdır. Plastik malzemeler kendi kullanım alanları içinde kullanıldıkları sürece, ne fiziksel ne de kimyasal yapılarından bir şey kabetmez-ler. Tek kullanım değil birden fazla kullanım için üretilmişlerdir. Plastik malzemenin steriiizasyonu da otoklavlanması da mümkündür. Temizlerken, sert deterjan ve sünger kullanılmamasına dikkat edilmesi gerekiyor.
Cam malzemeye gerçekten birçok konuda alternatif olabilcek olan plastik laboratuvar malzemesi, laboratuvarda herhangi bir darbe ile kırılamayacağı gibi doğada da uzun yıllar bozulmadan kalacaktır.
Türkiye’de henüz üretilmeyen plastik laboratuvar malzemesi çeşitli Avrupa ülkelerinden ithal edilmektedir.
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.
Çcda-kireç camının başlıca deza-tst. yüksek :sıi genleşme özelliği-
Plastik Laboratuvar Malzemesi
ne 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
Kalsiyum oksit yerine kurşun oksit ve sodyum oksitin yerine potasyum oksit kullanılması, kurşun camı olarak bilinen cam türünü oluşturur. °7o TA’ÇYÖ Xsÿtrefv ç.’âHs.
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 hidrof-lorik 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 damlala
rın yoğunlaştığı gözleniyordu. Buradan esinlenerek damıtma balonu ve imbik geliştirildi. M.S. 4. yy’da Synesius ve özellikle de Zosimos, iki ayrı kaptan oluşmuş damıtma aygıtları kullandılar: damıtma kabı ve külah kısmı. Bu ikisinden daha sonra
_7____
^iuıyuıuu. zJaıııanid llulcl ictuuıaıuvaı-
larda 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, Kirdmdmif metal çubukların daldı-r:.ma~: ile ;s:c:îrvordu.
Cam Laboratuvar Malzemeleri
.:sr.s. . ir.,”’ tsz.£t.st. sr-
ve re^r.î’T.esele: her :ur-„ labjrarjvaıda ilk gözümüze çar-rmlardm Hacim ölçümünde kullanılanlar arasında en sık rastlanılan *ım malzemeler de. mezürler, pipet-bdretler ve balon jojedir. Filtras-v-nda. huniler, piset ve nuçe erleni -î^llanılrRaktadır. Mikrobiyolojide ilk önce santrifüj tüpü ve balonu ■e 3£cri kaplarını görürüz. Tüm mmlara ek olarak laboratuvarlarda, . •; b:\ unlu adaptörler, musluklar, h: rrum bağlantılı cam borular, sıçrama başlıkları ve buhar jeneratörü rulumır. .Aslında laboratuvarda han-z. deneyler yürütülüyorsa, o deney .a:n gerekli tüm ve özel malzemele-
rin bulunması gerekir, laboratuvar-daki malzemelerin zenginliği biraz da laboratuvar için ne kadar ödenek ayrıldığına ve yürütülen araştırmaların özgünlüğüne bağlıdır.
Balonlar kullanım amaçlarına ve çalışılan miktarlara bağlı olarak çeşitli yapı ve büyüklükte olurlar. Uzun boyunlu ve dar ağızlı olanlar buhar basıncı yüksek maddelerle, kısa boyunlu ve geniş ağızlı olanlar düşük buhar basıncına sahip ve katı maddelerle çalışmalarda elverişlidirler. Düz altlı olan balonlar toplama kar: “”.arak, yuvarlak altlı olanlar da-r.i amklı : İmalar: nedeniyle ba-
– *: • ; v;jsl:s ¿ekmelerinin söz
basınçta çalışıldığında kullanılır.
Balonların ağız ve boyun sayısı birden fazla olabilir. Özellikle karıştırma, ekleme ve gaz geçirme gibi işlerin aynı anda yapılması gerektiği durumlarda iki ya da çok boyunlu balonlara gerek duyulur.
Beherler çeşitli büyüklüklerde olabilirler. Genel laboratuvar işlemlerinde ve yoğunlaştırma işlemlerinde kullanılır. Erlenler ise, reaksiyon kabı olarak, çözelti hazırlamada, kris-talizasyonda ve bunun gibi laboratuvar işlemlerinde kullanılırlar.
Soğutucular, maddeleri gaz fazından sıvı fazına döndürmek için kullanılır. İçice iki borudan meydana gelmiş <jlup dıştaki borudan su ge-aer larei b:rada madde yoğunlaşa-: r._m_ karma veya reaksiyon
genellikle alman elim Scğmueulsnn biçim ve büyüklüğü amaca göre değişir. Kaynama noktası düşük sıvılarla çalışırken uzun soğutucular, ya da soğutma yüzeyi değişik şekillerle artırılmış soğutucular kullanmak gerekir.
Huniler süzme ve ayırma işleminde kullanılırlar. Süzme için basit süzme hunileri kullanılır. Bunlarda huni etrafında içinde kaynar su ya da su buharı akımı olan borular ve ısıtma kılıfları vardır, reaksiyon ortamına madde eklenmesi gereken durumlarda taksimatlı damlatma hunileri ve ekstraksiyon işleminde veya birbiri ile karışmayan iki sıvıyı birbirinden ayırmada ayırma hunileri kullanılır.
Mezür ölçme kabıdır. Sıvıların hacmini ölçmede kullanılır. Sıvı karışımların hazırlanması amacıyla kullanılan kapaklı tipleri de vardır.
Pipetler ölçülü miktarda sıvı alma ve transfer işlemlerinde kullanılırlar. Dereceli ve transfer tipleri vardır. Transfer pipetleri ile sadece belli hacim sıvı alınabilir.
Termometreler sıcaklık ölçmede kullanılan aletlerdir. Bir termometrenin kullanılmadan önce kaynama noktası belli maddeleri kullanarak veya duyarlı bir Standard termometre ile ayarlanması gerekir.
Yıkama şişeleri bir gazı bir çözeltiden geçirerek temizlemek amacıyla kullanılır. Bunun yanında bagetler çözelti karıştırmada kullanılan cam çubuklardır.
Saat camı denilen bombeli camlar reaksiyon kaplarını örtme ve süb-limasyon gibi işlerde, ayrıca bazı maddeleri tartmak için kullanılır.
Genellikle bilim adamları ile özdeşleştirilen, olmazsa olmaz cam laboratuvar tüpü, çok çeşitli boyutlarda olabilir. Deney tüpleri çeşitli işlemlerde; bunun içinde bitki yetiştirmek bile olabilir. Santrifüj tüpleri mikrobiyoloji laboratuvarında santrifüj işlemlerinde kullanılır.
Gam Üretimi
Cam üretimi dünya’da sayılı cam üreticileri arasında bulunan ülkemizde çok yaygındır.. Labratuvar malzemesi için kullanılan borosili-
kat camı, küçük atölyeler tarafından Almanya’dan ya da İngiltere’den, hazır, değişik çaplarda borular halinde ithal edilir. Genelde Pyrex diye bilinen bu camlar, atelyelerde bu işin ustaları tarafından birleştirilerek satışa sunulur.
Paşabahçe’ye bağlı Teknikcam 1968’den bu yana sıcaklığa dayanıklı cam, laboratuvar camı ve diğer birçok cam malzeme üretmektedir. Üretim, yurt içi ihtiyacını karşılamakla birlikte, ihraç edilmektedir. Teknikcam, iki ana tür camdan, nötr borosilikat cam ve sert borosili-kat camdan laboratuvar camı üretmektedir.
Nötr borosilikat camı, yüksek sıcaklığa ve kimyasal maddelere dayanıklı olması nedeniyle, genel olarak tıbbi amaçla kullanılan cam malzemelerin imal edildiği cam boru üretiminde kullanılır. Sert borosilikat camı, ısıl genleşme kat sayısı düşük olduğu için sıcaklığa dayanıklı, kimyasal maddelere dayanımı yüksek olduğu için, laboratuvar malzemeleri ve teknik ürünlerin yapımında kullanılır. Her iki tür cam da; nicel ve nitel kimyasal analizlerde, mikro analitik ve mikrobiyolojik analizlerde, sulu asidik ve alkalik ortamlarda yürütülen deneylerde kullanılan cam araçlarda ham madde olarak kullanılır. Saf cam, kuvars kumu yüksek sıcaklığa çıkarılarak elde edilir. Kuvarsın erime noktası tüm diğer camlardan daha yüksektir, bu yüzden laboratuvarlarda
spektroskopik analizlerde hücreler halinde kullanılır.
Laboratuvar araçlarının ve teknik ürünlerin üretiminde cam, son şeklini vermek üzere işleme sıcaklığına kadar ısıtılmaktadır. Son şeklini alan cam malzeme, daha düşük sıcaklıklara soğuduğunda, malzeme içinde bir gerilim oluşur. Böyle bir cam malzemenin kırılma eğilimi vardır.
İç gerilimi elimine etmek için, cam malzeme iç gerilimlerin ortadan kalktığı tavlama sıcaklığına kadar ısıtıldıktan sonra, gerilim oluşamayacak bir sıcaklığa kadar kontrollü bir hızda soğutulur. Bu ısıtma ve kontrollü soğutmaya ‘tavlama’ denir ve tünel fırınlarda (tavlama fırınları) yürütülür. Tavlamanın hızı cidar kalınlığına göre değişir. Gerilimi alınmış cam malzemeler gerektiğinde ısıl ya da kimyasal yolla temperle-nerek dayanıklılıkları arttırılır. Temperleme yoluyla cam malzemenin içinde çekme, yüzeyinde ise basma gerilmesi oluşturulur. Yüzeyde düzgün bir kompresyon dağılımı, cam malzemenin mekanik dayanımını ve basınç dayanımını önemli derecede arttırır.
Bir sonraki adım cam laboratuvar malzeme üzerindeki işaretleme ve taksimat çizgileridir. Bu işlemler, asit ve alkaliye dayanıklı amber renkli bir boya ile gerçekleştirilir. Boya camın yüzeyine nüfuz ederek onun ayrılmaz bir parçası haline gelir.
Son olarak konik ve küresel şlif-
li bağlantı parçaları, standartlarda belirtilmiş olan ölçülerde imal edilir. Bütün bu uzun yolculuktan sonra, cam laboratuvar malzemesini la-boratuvarda görebiliriz.
Etrafınızda bulunan kullandığımız hemen her nesnede biraz cam vardır. Yani camı kullanırız, görürüz, ya da cam yardımıyla görürüz.
Özgür Ergin
Konu Danışmanı: İnci Gökmen
Prof.Dr. OD’l’V Kimya Rolümü
Kaynaklar:
Bilgin, A., Şafak C., HA’.Eczacılık Fakültesi barmasötik Kimva Laboratuvar Çalışmaları, 1996 Carberry, E. Glassblom’ing, MG’s Publishing,1994 Diamond, F. The Story of Glass, New York, 1953 Scholcs, S. R. Modern Glass Practice, Massachusettes, 1974 Teknikcam Cam Laboratuvar Malzemeleri l . recim Katolo-gu, 1983
Tez, Z., Kimya Tarihi, V Ya\ mlari, 1986
Tüm üretim işlemleri tamamlanmış olan laboratuvar camı kullanıcısının hizmetindedir.