ما هو الزجاج المائي؟

زجاج الماء أو الزجاج القابل للذوبان، ويسمى أيضًا سيليكات الصوديوم (Na2SiO3)، وهو مركّب مكوّن من أكسيد الصوديوم (Na2O) والسيليكا (ثاني أوكسيد السيليكون SiO2)، والتي تشكّل في مجموعها مادة صلبة زجاجية، ومن جهة أخرى تتمتع بخاصية قابلية الذوبان في الماء. يُباع الزجاج المائي على شكل كتل صلبة أو مساحيق أو كسائل شفاف.

المظهر: عديم اللون عندما يكون نقيًا، أو أخضر غامق أو أزرق عندما يكون مشابًا.

الكثافة: 2.40-2.61 g/cm³.

الكتلة المولية: 122.06 g/mol.

تم تصنيع هذا النوع من الزجاج منذ القرن التاسع عشر، ولم تتغير مبادئ تصنيعه منذ ذلك الوقت. أما عن كيفية التصنيع، فذلك يتم عن طريق تسخين كميات مختلفة من مسحوق الصودا (كربونات الصوديوم Na2CO3) ورمل السيليكا في فرن عند درجات حرارة عالية تتراوح بين 1000-1400 درجة مئوية (حوالي 1800-2500 درجة فهرنهايت)، وينتج عن هذه العملية إطلاق ثاني أوكسيد الكربون CO2 وإنتاج سيليكات الصوديوم وفق المعادلة:

إذن، ينتج عن هذا التسخين في درجات حرارة عالية كتل زجاجية مدمجة تسمى Cullet، والتي تُبرّد وتُباع كما هي بشكل كتل، أو يتم طحنها وبيعها كمساحيق. يمكن إعادة تذويب الزجاج المائي بوضعه في مفاعلات مضغوطة للتذويب في الماء الساخن، ثم يُبرّد المحلول ليصبح سائل لزج ويُباع في جرارات صغيرة أو خزانات أو براميل.

ويمكنك أيضًا تحضير سائل سيليكات الصوديوم بشكل مباشر عن طريق إذابة رمل السيليكا تحت الضغط، في محلول مائي ساخن من الصودا الكاوية (هيدروكسيد الصوديوم NaOH).

وكلما زادت نسبة السيليكا المضافة بالنسبة هيدروكسيد الصوديوم، وكلما زاد تركيز كِلا المكوّنين، كان المحلول الناتج أكثر لزوجة. هذه اللزوجة ناتجة عن تشكّل بوليميرات السيليكا (السيليكا بوليمر)؛ إذ ترتبط ذرات السيليكون (Si) والأوكسجين (O) عن طريق تشكيل روابط تساهمية في هياكل سلسلة أو حلقات كبيرة مشحونة بشحنة سالبة، وتحتوي على أيونات الصوديوم المشحونة بشحنة موجبة، بالإضافة لجزيئات الماء. يمكن أيضًا تجفيف المحاليل عالية اللزوجة عن طريق رشّها، مما يشكّل حبيبات صغيرة على شكل خرز يشبه الزجاج العادي من سيليكات الصوديوم المائية.

تجعل الخصائص سالفة الذكر سيليكات الصوديوم المائية مثالية للاستخدام في المنتجات الاستهلاكية، مثل مساحيق الغسيل والمنظفات الخاصة بغسالات الصحون، إذ أن زجاج الماء المذاب معتدل إلى قلوي الوسط، وفي المنظفات؛ تساعد هذه الخاصية في إزالة الزيوت والدهون، وتفكيك النشا والبروتينات، وإزالة الحبر من نفايات الورق، كما يستخدم في:

تم تصنيع الزجاج المائي منذ القرن التاسع عشر، ولم تتغير المبادئ الأساسية من أجل تصنيع سيليكات الصودا، ومنذ ذلك الحين يتم إنتاجه بشكل شائع عبر تحميص كميات مختلفة من رماد الصودا أي كربونات الصوديوم NA2CO4 ورمل السيليكا وهو مصدر موجود في كل مكان من ثاني أكسيد السيليكون SIO2  في الفرن عند درجة حرارة تتراوح بين 1000 – 14000 درجة مئوية، وهي عملية تنتج أيضاً ثاني أكسيد الكربون CO2 وسيليكات الصوديوم، وعادةً يتم تمثيلها بمكونيها وفق المعادلة التالية:

Na2CO3 + SiO2→ Na2O∙SiO2 + CO2

وينتج عن التحميص كتل زجاجية منصهرة تدعى آسارة الزجاج، والتي من الممكن تبريدها ثم بيعها على هذا الشكل، أو طحنها ومن ثم بيعها على شكل مسحوق، كما يمكن تغذية زجاج الماء في مفاعلات مضغوطة لإذابة المياه الساخنة، يتم أيضاً تبريد المحلول في سائل لزج ويباع في حاويات يتراوح حجمها من الجرار الصغيرة وحتى الخزانات أو البراميل الصغيرة.

كما يمكن تحضير سائل من سيليكات الصوديوم من خلال تذويب رمل السيليكا تحت ضغط وضمن محلول من الماء الساخن من الصودا الكاوية وهي هيدروكسيد الصوديوم:

2NaOH + SiO2 → Na2O ∙ SiO2 + H2O

وفي كلتا الطريقتين كلما زاد تركيز المكونين، زادت لزوجة المحلول، واللزوجة هي نتاج تكوين بوليميرات السيليكا، حيث يتم ربط ذرات السيليكون والأوكسيجين بواسطة روابط مساهمة في سلسلة كبيرة ذات شحنة سالبة، أو هياكل حلقية تتضمن أيونات الصوديوم ذات الشحنة الموجبة وأيضاً جزيئات الماء، ويمكن تجفيف المحاليل عالية اللزوجة عن طريق الرش من أجل تشكيل حبيبات زجاجية من سيليكات الصوديوم المميزة، كما يمكن تعبئة الزجاج الموجود على شكل خرزات للبيع من قبل مستخدمين تجاريين كالزجاج المطحون، لكن الأخيرة تذوب بسهولة أكبر من الشكل اللامائي للزجاج المائي.

وتستخدم كميات صغيرة من زجاج الماء المذاب في معالجة إمدادات الماء، ومياه الصرف الصحي، وبذلك تمتص الأيونات المعدنية وتساعد في تشكيل تكتلات فضفاضة من الجسيمات التي تدعى الكتل، والتي مهمتها هي تصفية الماء المعلق غير المرغوب به.