Kurssi perustuu lähes täysin Heikki Jylhä-Vuorion ”Keramiikan materiaalit” -kirjaan.

 

1. Kaavan taustaa

Hermann August Seger, lähde: www.wt-pempel.de/seger.htm

Hermann August Seger

Segerinkaavan keramiikan lasitteille kehitteli saksalainen kemisti Hermann August Seger. Hänen mukaansa on nimetty myös lämpötilaa ilmaisevat Segerkeilat sekä Segerposliini vuodelta 1882.

 

Kaavan avulla keramiikan lasitteen pystyy purkamaan ”osiin” ja kokoamaan se uudelleen käyttäen eri raaka-aineita. Lasitteiden raaka-aineiden kemiallisissa koostumuksissa saattaa olla suuriakin eroja maantieteellisesti ja tällöin tulee tarve laskea resepti niin, että se vastaa samaa oman alueen raaka-aineiden kemiallinen koostumus huomioon ottaen. Suoraan ei siis välttämättä ulkomaalainen lasiteresepti toimi. Useimmin vaihtelevuuksia on maasälpämineraaleissa, kaoliineissa ja pallosavissa.

 

Myös tilanteissa, joissa joku lasitteen raaka-aineista on loppunut toimittajalta, segerinkaava osoittautuu hyväksi apuvälineeksi laskettaessa lasite uusilla raaka-aineilla.

 

Segerinkaava toimii myös suuntaa-antavana dokumenttina liittyen lasitteen ominaisuuksiin (matta, kirkas, opaali, helposti valuva). Se, miten lasite käyttäytyy, on kiinni monista asioista; massasta sen alla, polttotavasta, erityisesti raaka-aineista, niiden kasautumisesta sekä lasituskerroksen paksuudesta ja jauhatuksesta.


HUOM!

– Paksennetulla, ruskealla kirjasimella olevat sanat ovat linkkejä.

– Jokaiseen osioon tulee myös audioraita.

– Kurssi on pyritty suunnittelemaan niin, että jokainen ymmärtäisi sen sisällön. Jos tunnet, että joku osio on epäselvä, olethan ystävällinen ja teet kysymyksen sivun alalaidasta olevasta kommenttiosiosta. Kommentteja ei julkaista ilman niiden tarkastamista ja jos et halua oman kommenttisi julkaisua, ilmoitathan siitä tekstissä?

 


 

2. Lasite koostuu oksideista

Keramiikan lasite koostuu erilaisista oksideista. Segerinkaavassa oksidit on jaettu kolmeen ryhmään. Ryhmät määräytyvät oksidin luonteen mukaisesti. Jotta lasitteita pystytään vertailemaan keskenään, vertailun helpottamiseksi ensimmäinen ryhmä tasataan aina moolimäärältään summaan 1.

 

1. RYHMÄ2. RYHMÄ3. RYHMÄ
RO (R2O)R2O3RO2
Ryhmän oksidit ovat sulattavia ja periaate on, että mitä määrällisesti useampia tämän ryhmän oksideja lasittessa on, sitä voimakkaammin se sulaa. Voimakkaimpia sulattajia ovat alkalimetallioksidit K2O, Na2O ja Li2O.Ryhmän oksidit tasapainottavat lasitetta. Al2O3 käytetään nostamaan lasituksen sulamislämpötilaa ja muita ryhmän oksideita pääasiassa värioksideina.Ryhmän oksidit ovat lasinmuodostajia.
alkaalisia (emäs)neutraaleja, mutta vahvistavat emäksistä lasitepohjaa emäksisemmäksi ja hapanta happamammaksi.happamia
Ryhmään kuuluvat alkalimetallioksidit, maa-alkalimetallien oksidit sekä joitakin värimetallioksideja.Ryhmään kuuluu Al2O3, jota käytetään lasitteiden säätelyyn, muuten ryhmä koostuu oksideista, joita käytetään pääasiassa antamaan väriä.Ryhmän merkittävin aine, SiO2, on lasitteiden pääasiasiallinen lasinmuodostaja-aine.
Ryhmän yhdisteet ovat muotoa RO (esim. CoO) tai R2O (esim. Na2O)Ryhmän yhdisteet ovat muotoa R2O3 (esim. Al2O3)Ryhmän yhdisteet ovat muotoa RO2 (esim. SiO2 )

 


 

3. Mikä ihmeen mooli?

Ei, et ole pudonnut kelkasta, vaikka otin viime osiossa oudon termin käyttöön. Mooli on vakiomäärä ainetta (tarkalleen (6,02214129 ± 0,00000027)×1023  kpl). Mooli on siis tietty kappalemäärä kuten tusina, joka taas on aina 12 kpl. Moolipaino vastaa kysymykseen ”Kuinka monta grammaa yksi mooli ainetta painaa?” (”Kuinka monta grammaa yksi tusina munia painaa?” ja vertailussa vaikka kananmunat sekä viiriäisenmunat. Oletettavasti 12 kpl viiriäisenmunia on painoltaan kevyempi.) Moolin avulla voidaan yhtenäistää atomipaino, molekyylipaino ja kaavapaino.  Mitkä näiden erot sitten ovat?

 

Ennen kuin tutustut taulukkoon selvitetään miten kemiallinen kaava rakentuu. Yhdisteessä ja seoksessa  se koostuu eri alkuaineista. Esimerkkinä yhdiste H2O eli vesi. Vesi koostuu kahdesta vetyatomista ja yhdestä happiatomista. AINA, jos yksittäistä atomia on useampi, määrä merkitään pienellä numerolla alaindeksiin heti aineen tunnuksen perään eli kuten H2. JOS kaavaan tarvitaan kaksi yksikköä samaa yhdistettä merkitään numerolla yhdisteen eteen, kuten  2H2O. Jos yhdessä vesimolekyylissä oli kaksi vetyatomia (H), kuinka monta on kahdessa? Entä kuinka monta happiatomia (O) on kahdessa yksikössä alumiinioksidia  (2Al2O3)?

 

Kalium, KKaliumoksidi, K2OKaoliini, Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O
Kalium on alkuaine. Se sisältää vain yhtä ainetta. Alkuaineen kemiallisesti pienintä osaa kutsutaan atomiksi.Kaliumoksidi on yhdiste, joka koostuu kahdesta alkuaineesta. Yhdiste voi muodostua useammastakin alkuaineesta. Alkuaineet ovat aina sitoutuneet toisiinsa. Yhdisteen pienin rakenneyksikkö on molekyyli.Kaoliini on seos, se koostuu monesta yhdisteestä tai alkuaineesta. Toisin kuin yhdisteessa seoksen osat eivät ole sitoutuneet toisiinsa. Eri osat erotetaan keskipisteellä (interpunct) kaavassa.
Kaliumin atomipaino on 39,1.Kaliumoksidi muodostuu kahdesta kaliumatomista ja yhdestä happiatomista. Kun atomipainot lasketaan yhteen, tulee kaliumoksidin molekyylipainoksi 94,2.Kaoliini koostuu alumiinioksidista, piioksidista ja vedestä. Se sisältää (kaava suoraan luettuna) 2 alumiiniatomia, 3 happiatomia, 2 piiatomia, 4 happiatomia sekä 4 vetyatomia ja 2 happiatomia. Yhteensä kaoliinin kaavapaino on 258,2.
Yksi mooli kaliumia painaa 39,1.Yksi mooli kaliumoksidia painaa 94,2.Yksi mooli kaoliinia painaa 258,2.

seger_oksidiryhmat

 

TAULUKKO: Ryhmän 1. oksidien jaottelu ja moolipainot
TAULUKKO: Ryhmän 2. oksidien jaottelu ja moolipainot
TAULUKKO: Ryhmän 3. oksidien jaottelu ja moolipainot

 

Tehtävä:

Selvitä kuinka paljon painaa yksi mooli piioksidia, alumiinioksidia, kuparioksidia ja wollastoniittia. Mitä alkuaineita yhdisteet/seokset sisältävät? Kuinka paljon yksittäiset atomit painavat? Tee piirros. Tehtävän vastaus on kunkin aineen nimessä linkkinä.

 


 

4.  Alkuaineiden jaksollinen järjestelmä

Jos haluat selvitä Segeristä ilman perehtymistä jaksolliseen järjestelmään, voit käyttää laskuihin taulukkoa, jossa yhdisteet on jaoteltu valmiiksi oksidiryhmiin. Sen sijaan, jos haluat ymmärtää, mikä on ryhmittelyn takana, on sinun syytä perehtyä tähän osioon.

HUOM! Tämä täydentyy pian (29.3.2015).

 


 

5. Raaka-aineen prosenttikaavan muuttaminen moolikaavaksi

Eli nyt osaamme laskea kuinka paljon yksi mooli alkuainetta, yhdistettä tai seosta painaa? Seuraavaksi tarkastelemme raaka-ainetta ja jaamme sen eri oksidiryhmiin. Seuraavana suomalaisen maasälvän FFF (Finnish Floated Feldspar), kvartsin FFQ (Finnish Floated Quartz) sekä pegmatiitin FFP (Finnish Floated Pegmatite) keskimääräiset kemialliset analyysit. FFF, FFQ ja FFP ovat Kemiössä louhittavia suomalaisia raaka-aineita. Seoksille on määritelty myös teoreettinen koostumus kuten esimerkiksi kalimaasälpä K2O · Al2O3 · 6SiO2, kuitenkin todellisuudessa kalliosta louhittavan raaka-aineen sisältö voi olla hyvinkin erilainen kuten FFF:n analyysistä voi huomata.

FFF K7 45 Maasälvän keskimääräinen kemiallinen analyysi prosenttikaavana (2014):

Oksidi%
SiO267,50
Al2O318,90
K2O7,20
Fe2O30,09
CaO1,00
Na2O4,90
TiO20,006
P2O50,08
MgO0,02
MnO0,0078
Analyysissä on prosentteina eri oksidien määrät. Prosenttikaava on saatu raaka-aineen valmistajalta.

 

Kun prosenttikaava muutetaan moolikaavaksi, aluksi prosenttimäärä jaetaan oksidin moolipainolla:
(oksidikohtaiset moolipainot löytyvät osion 3. loppuun linkitetyistä taulukoista)

Oksidi%moolipaino (g/mol)
SiO267,50: 60,1=1,123
Al2O318,90: 102=0,185
K2O7,20: 94,2= 0,076
Fe2O30,09: 159,7=0,001
CaO1,00: 56,1=0,018
Na2O4,90: 62=0,079
TiO20,006: 79,9=0,0001
P2O50,08: 141,9= 0,001
MgO0,02: 40,3=0,0005
MnO0,0078: 70,9=0,0001

 

Seuraavaksi jaotellaan oksidit ryhmiinsä ja lasketaan ensimmäisen ryhmän luvut yhteen:
(oksidien ryhmittelyt löytyvät osion 3. loppuun linkitetyistä taulukoista)

RO (R2O)R2O3RO2
0,076 K2O0,185 Al2O31,123 SiO2
0,018 CaO0,001 Fe2O30,0001 TiO2
0,079 Na2O0,001 P2O5
0,0005 MgO
0,0001 MnO
0,1736


– Jotta eri kaavoja voidaan vertailla keskenään, ensimmäisen ryhmän yhteenlaskettu määrä lasketaan luvuksi 1. (Savilla luvuksi yksi lasketaan 2 ryhmän oksidit.)
– Luku yksi saadaan siten, että ensimmäisen ryhmän oksidit lasketaan aluksi yhteen. Sen jälkeen jokainen oksidi jaetaan ensimmäisen ryhmän yhteenlasketulla määrällä.

 

FFF K7 45 maasälvässä ryhmän 1. yhteenlaskettu määrä oli 0,1736, joten jaamme jokaisen oksidin sillä:

Oksidimäärä1. ryhmän yhteenlaskettu määrätulos
SiO21,123: 0,1736 =6,4689
Al2O30,185: 0,1736 =1,0657
K2O0,076: 0,1736 =0,4378
Fe2O30,001: 0,1736 =0,0058
CaO0,018: 0,1736 =0,1037
Na2O0,079: 0,1736 =0,4551
TiO20,0001: 0,1736 =0,0006
P2O50,001: 0,1736 =0,0058
MgO0,0005: 0,1736 =0,0029
MnO0,0001: 0,1736 =0,0006

 

Lopuksi jaottelemme taas oksidit ryhmiinsä ja moolikaava on valmis:

RO (R2O)R2O3RO2
0,4378 K2O1,0657 Al2O36,4689 SiO2
0,1037 CaO0,0058 Fe2O30,0006 TiO2
0,4551 Na2O0,0058 P2O5
0,0029 MgO
0,0006 MnO
1

 

Tehtävä:
Laske FFQ:n ja FFP:n moolikaavat prosenttikaavoista, vastaus välivaiheineen on linkitettynä nimiin edellä.

FFQ 45 Kvartsin keskimääräinen kemiallinen analyysi prosenttikaavana (2014):

Oksidi%
SiO298,7
Al2O30,7
K2O0,12
Fe2O30,03
CaO0,04
Na2O0,14
TiO20,008
P2O50,014
MgO0,020
MnO0,0078

FFP 45 Pegmatiitin keskimääräinen kemiallinen analyysi prosenttikaavana (2014):

Oksidi%
SiO278,0
Al2O313,0
K2O4,0
Fe2O30,07
CaO0,5
Na2O4,1
TiO20,0051
P2O50,076
MgO0,020
MnO0,0078

 


 

6. Lasiteresepti segerinkaavaksi

Nythän sitä päästäänkin itse asiaan. Tämä on periaatteessa ihan sama asia kuin edellinen moolikaavan teko. Aineita on hieman enemmän ja useamman oksidin seoksissa pitää olla tarkkana.

Alku on kuitenkin täysin sama. Meillä on prosenttikaava lasitteesta:

Keraamikko Erkki Kaijan suunnittelema lasite ”EK 2605083”

Raaka-aine%
Litiumfritti12,00
Pegmatiitti46,00
Pallosavi16,00
Wollastoniitti22,00
Magnesiumkarbonaatti4,00
Yhteensä100

 

Sitten prosenttimäärät jaetaan oksidin TAI useampaa oksidia sisältävän seoksen moolipainolla:
(Yleisimpien useampaa oksidia sisältävien seosten moolikaavat painoineen löytyvät taulukosta tämän osion lopusta)

 

Seuraavaksi tulee uutta opittavaa. Edellisestä saatu luku kerrotaan kunkin aineen 

 

TAULUKKO: Yleisimpien seosten moolikaavat ja moolipainot

 

 


 

7. Segerinkaava lasitereseptiksi

 

 

 

 

 


 

 

(teksti: Piela Auvinen, keraamikko/muotoilija, lisätty 31.3.2015)

Share