Las juntas de vidrio esmerilado se utilizan en laboratorios para unir rápida y fácilmente aparatos herméticos a partir de piezas intercambiables comúnmente disponibles. Por ejemplo, se pueden unir rápidamente un matraz de fondo redondo , un condensador Liebig y un burbujeador de aceite con juntas de vidrio esmerilado para refluir una mezcla de reacción. Esta es una gran mejora en comparación con los métodos más antiguos de fabricación de cristalería a medida, que requerían mucho tiempo y eran costosos, o el uso de corchos o tapones de goma y tubos de vidrio menos resistentes a los productos químicos y al calor como juntas, cuya preparación también requería tiempo. .
Uno de los artículos de vidrio a unir tendría una junta interna (o macho) con la superficie de vidrio esmerilado mirando hacia afuera y el otro tendría una junta externa (o hembra) de un cono correspondientemente ajustado con la superficie de vidrio esmerilado mirando hacia adentro. Para unir los espacios interiores huecos de los componentes de vidrio, las juntas de vidrio esmerilado son huecas por dentro y abiertas en los extremos, excepto los tapones.
Desde hace bastante tiempo se fabrican versiones toscas de juntas de vidrio esmerilado cónicas, [1] particularmente para tapones de botellas de vidrio y retortas . [2] Aún se podían hacer juntas de vidrio en bruto para sellar bien moliendo las dos partes de una junta entre sí usando un grano abrasivo, pero esto generaba variaciones entre las juntas y no sellaban bien si se acoplaban a una junta diferente. [1] Durante la década de 1920 comenzaron los esfuerzos para estandarizar las juntas, y alrededor de 1930 comenzaron a aparecer estándares comerciales para juntas que permitían la intercambiabilidad de piezas entre diferentes fabricantes. [3] [4] Hoy en día, las juntas de vidrio esmerilado se pueden pulir con precisión hasta obtener una forma cónica o reproducible, y las juntas de la misma especificación son totalmente intercambiables.
Se utilizan con bastante frecuencia dos tipos generales de juntas de vidrio esmerilado: juntas que son ligeramente cónicas y juntas esféricas (a veces llamadas juntas esféricas).
Las juntas de vidrio esmerilado cónicamente cónicas suelen tener una conicidad de 1:10 y, a menudo, están etiquetadas con un símbolo ST , que consiste en una T mayúscula superpuesta a una S mayúscula, que significa "conicidad estándar". Este símbolo va seguido de un número, una barra y otro número. El primer número representa el diámetro exterior (OD) en milímetros en el punto más ancho de la junta interior (macho). El segundo número representa la longitud del vidrio esmerilado de la junta en milímetros. [5] A nivel internacional se utilizan los tamaños ISO [6] siendo 14/23, 19/26 y 24/29 muy comunes en laboratorios de investigación, siendo 24/29 el más común. En los EE. UU., se utilizan los tamaños ASTM [7] (igual al ahora obsoleto Estándar Comercial 21), siendo los tamaños comunes 14/20, 19/22, 24/40 y algo 29/42. En los EE. UU., 24/40 es el más común.
Para las juntas de rótula (también conocidas como juntas esféricas), la junta interior es una rótula y la junta exterior es un casquillo, y ambas tienen orificios que conducen al interior de sus respectivos extremos de tubo, a los que están fusionados. La punta esférica es un hemisferio con una superficie de vidrio esmerilado en el exterior, que encaja dentro del casquillo, donde la superficie de vidrio esmerilado está en el interior. Este tipo de unión se separa libremente y debe sujetarse con una abrazadera. Las rótulas están etiquetadas con un código de tamaño que consta de un número, una barra y otro número. El primer número representa el diámetro exterior en milímetros de la bola en su base o el diámetro interior en milímetros en la punta del casquillo, en ambos casos donde los diámetros son su máximo en las uniones.
El segundo número representa el diámetro interior del orificio en el medio de la rótula, que conduce al diámetro interior del tubo fusionado a la junta. [5]
Si el ángulo que los accesorios cónicos estándar hacen con la cristalería no está perfectamente fijado, el vidrio es extremadamente rígido y quebradizo, presentando un riesgo de fractura en algunas configuraciones. Un método de unión de rótula permite cierta flexibilidad en los ángulos de acoplamiento de las piezas que se unen, lo que puede ser particularmente importante con matraces pesados o piezas largas de cristalería que de otro modo serían difíciles de soportar y potencialmente se romperían bajo cargas de flexión. Un ejemplo común de esto es el matraz colector de un evaporador rotatorio , cuyo peso aumenta significativamente a medida que se llena. Una bola y un casquillo permiten que el matraz se aplome sin colocar una carga de flexión en la junta. Un casquillo de este tipo también podría usarse en una configuración de destilación más grande, pero más típica, en la cabeza y antes del condensador. De este modo se puede soportar mejor la gran extensión del condensador, el ángulo no perfecto del codo de recepción y el matraz de llenado, ya que su ángulo con la cabeza destiladora tiene algunos grados de libertad de posicionamiento.
También se pueden encontrar como cuellos en matraces de producción de plantas piloto, donde hay grandes volúmenes y masas, y en algunas líneas Schlenk , donde los largos tramos de vidrio fino se benefician de un poco de flexibilidad entre las piezas. En general, cuando se considera cristalería más pequeña, las bolas y casquillos son mucho más numerosos que los conos estándar.
Para uniones planas, el borde de un tubo se rectifica de forma perpendicular al tubo y se presiona contra una superficie plana similar, aplicando la fuerza de acoplamiento mediante una abrazadera externa. El borde de la junta está ensanchado, a veces en una brida ancha, para dar una superficie más grande para sellar la junta. Aparte de las juntas que utilizan una junta o junta tórica , este es el único tipo de junta de vidrio esmerilado que se utiliza para diámetros muy grandes, ya que a esas escalas las juntas cónicas resultan poco prácticas de fabricar y propensas a atascarse. Las uniones planas se ven principalmente en columnas grandes y recipientes de reacción, aunque se usan en algunas aplicaciones más pequeñas, como matraces con tapas extraíbles. Los desecadores de vacío de vidrio utilizan una junta plana de vidrio esmerilado para sellar sus tapas anchas.
En los extremos tubulares de los artículos de vidrio son posibles conexiones roscadas redondas y ligeramente espiraladas. Este tipo de roscado de vidrio se emplea más fácil y comúnmente en el exterior, pero también puede mirar hacia el interior. En uso, la rosca de vidrio se atornilla dentro o sobre un material roscado que no es de vidrio, como el plástico. Los hilos generalmente se crean dando forma al vidrio mientras está caliente, lo que da como resultado un acabado suave. Los viales de vidrio suelen tener aberturas de vidrio roscadas exteriores en las que se pueden enroscar tapas. Las botellas y frascos en los que se venden, transportan y almacenan productos químicos suelen tener aberturas roscadas que miran hacia el exterior y tapas que no son de vidrio a juego. Las juntas cónicas pueden incluir una rosca externa para una tuerca de plástico con una junta tórica para sellar la junta, las juntas Rodaviss también incluyen un anillo partido que permite utilizar la tuerca para separar la junta. [8]
El material de vidrio de laboratorio , como los matraces Buchner y los condensadores Liebig, pueden tener puntas de vidrio tubulares destinadas a insertarse en una manguera, a menudo con púas para retener la manguera, y pueden ser cónicas para aceptar una gama más amplia de diámetros de manguera. Son típicos para la conexión de agua de refrigeración, líneas de vacío, transporte de gas o drenajes. Se puede colocar un clip especial alrededor de la manguera acoplada para evitar que se salga del conector.
Varias marcas, incluida Quickfit , han comenzado a utilizar conexiones roscadas para espigas de manguera. Esto permite desenroscar la púa de la cristalería, empujar la manguera y volver a atornillar la configuración. Esto ayuda a evitar romper accidentalmente el vidrio y potencialmente causar daños graves al químico, como ocurre a veces al empujar las mangueras directamente sobre el vidrio.
Ya sea para juntas cónicas estándar o juntas esféricas, las juntas internas y externas con los mismos números están hechas para encajar entre sí. Cuando los tamaños de las juntas son diferentes, es posible que haya adaptadores de vidrio esmerilado disponibles (o fabricados) para colocarlos entre ellos para conectarlos. Se pueden colocar clips especiales o abrazaderas alrededor de las articulaciones para mantenerlas en su lugar.
Los matraces de fondo redondo a menudo tienen una o más aberturas o cuellos de juntas de vidrio esmerilado de forma cónica . Convencionalmente, estas uniones en los cuellos de los matraces son uniones exteriores. Otros adaptadores, como los cabezales de destilación y los adaptadores de vacío, se fabrican con juntas que se ajustan a esta convención. Si un matraz u otro recipiente tiene una junta exterior adicional de vidrio esmerilado, que debe cerrarse para un experimento, a menudo hay tapones interiores de vidrio esmerilado cónicos para ese propósito. En algunos casos, se pueden fusionar pequeñas protuberancias de vidrio en forma de gancho sobre el resto del artículo de vidrio cerca de una junta para permitir que se fije un bucle final de un pequeño resorte, de modo que el resorte ayude a mantener las juntas juntas temporalmente. Se ha generalizado el uso de un tamaño especial muy pequeño de conector cónico para piezas de vidrio, plástico o metal llamado conector o adaptador Luer . Originalmente, los accesorios Luer se utilizaban para conectar el centro de una aguja a una jeringa . Cuando el uso de vidrio esmerilado presenta un problema, como en la producción o destilación de diazometano (que puede explotar al contacto con superficies más rugosas), se pueden utilizar equipos con juntas de vidrio lisas.
Para evitar que una junta se separe durante un proceso de reacción, se pueden usar varios tipos de clips o resortes de plástico o metal para asegurar los dos lados. Están disponibles en una variedad de materiales para diferentes temperaturas y ambientes químicos.
Patentados en 1984 por Hermann Keck , [9] los clips de plástico para juntas suelen estar hechos de poliacetal y se colorean según el tamaño de las juntas. El poliacetal se funde a una temperatura razonablemente baja (alrededor de 175 °C) y comienza a ablandarse alrededor de 140 °C. Como se recomiendan temperaturas de cristalería de hasta 250 °C, se debe tener cuidado de que no se utilicen clips hechos de este material para sujetar el vidrio que se calentaría tanto. Las áreas problemáticas típicas incluyen un matraz sobre la placa (que puede caerse del extremo de la columna a medida que se calienta) y la conexión que hace el condensador al cabezal del destilador (que alcanzará altas temperaturas y puede permitir que el condensador se caiga). Por lo tanto, se deben utilizar diferentes clips en estos puntos o se debe sujetar la cristalería para que estos elementos no se puedan separar o no necesiten el clip. Los clips de poliacetal tienen otro problema: el material se ve fuertemente afectado por los gases corrosivos. Este efecto puede ser tan dramático que el clip se desmoronará en minutos de exposición a cantidades diminutas que se escapan a través de conos rectificados y engrasados. Es importante destacar que este modo de falla es repentino y sin previo aviso.
A veces se utilizan clips para juntas de PTFE, ya que su temperatura máxima recomendada coincide con la de la mayoría de los trabajos químicos prácticos. Su naturaleza altamente inerte también lo hace inmune a la degradación alrededor de los gases corrosivos. Sin embargo, es caro y comenzará a producir perfluoroisobutileno si se calienta más allá de su temperatura especificada. Se debe tener cuidado para evitar esto, dado el nivel de riesgo que presenta el resultado. Lo mismo se aplica al uso de aceites y grasas Krytox y Molykote (PTFE espesado, a base de flúor) químicamente resistentes para sellos de cristalería . Una última opción es un clip para juntas de acero inoxidable de alta calidad . Naturalmente, este puede resistir todo el espectro de temperaturas del vidrio de borosilicato y es razonablemente inerte. Los grados inferiores de acero inoxidable siguen siendo rápidamente atacados en presencia de gases corrosivos y los propios clips suelen ser tan caros como el PTFE.
Algunas cristalerías presentan púas (cuernos de diablo, casco vikingo) que sobresalen de los lados de las velas. En estos se utilizan pequeños resortes de acero inoxidable para mantener unidas las uniones. El uso de resortes es beneficioso cuando se trata de presiones positivas, ya que aplican suficiente fuerza para que el vidrio funcione, pero abrirán el cono si ocurre una excursión inesperada. Este método se considera bastante anticuado, pero todavía se utiliza en algunos de los artículos de vidrio más conocidos y de alta gama disponibles.
Para situaciones en las que la simple acción de resorte de los alambres de metal o plástico no es lo suficientemente fuerte o no es conveniente por otras razones, se pueden usar abrazaderas atornilladas para mantener unidas las uniones. Los collares de plástico [10] se utilizan a menudo en equipos de microescala.
Generalmente se aplica una fina capa de material PTFE o grasa a las superficies de vidrio esmerilado que se van a conectar, y la junta interior se inserta en la junta exterior de modo que las superficies de vidrio esmerilado de cada una queden una al lado de la otra. Esto ayuda a proporcionar un buen sellado y evita que la junta se atasque, lo que permite desmontar las piezas fácilmente. Aunque normalmente se supone que la grasa de silicona utilizada como sellador y lubricante para interconectar juntas de vidrio esmerilado es químicamente inerte, algunos compuestos han resultado de reacciones no deseadas con las siliconas. [11] [12]
A veces, las juntas cónicas de vidrio esmerilado pueden bloquearse, impidiendo que el usuario las gire. Esto se conoce como congelamiento o bloqueo , y puede ocurrir por diversas razones:
Las juntas congeladas se pueden eliminar aplicando disolvente en la junta mientras se balancea el tapón, se calienta la junta exterior [14] [15] o se enfría el tapón interior. Los dos últimos métodos emplean la propiedad de expansión térmica para crear un pequeño espacio entre las dos superficies. También existen herramientas de soplado de vidrio especializadas para descongelar la junta. [15]
{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link){{cite web}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)