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Glas
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Der Lichtstrahl ist gebrochen durch das Glas
Chemische Struktur von SiO2 wie ein tetraedrisch SiO4-Struktur. Jedes Sauerstoffatom ist mit 2 Siliziumatomen verbunden und zählt daher nur zur Hälfte.

Glas ist ein amorph (nicht-kristallin) solide. Die bekannteste Erscheinung ist das farblose Glas nach wie vor Fensterglas und Trink Gläser wird eingesetzt. Dieses Glas besteht hauptsächlich aus der Substanz Kieselsäure oder Siliciumdioxid (SiO2).

Obwohl Glas nicht ist Kristallstruktur wie viele Kristalle ist es transparent und dringt in Glas ein, wie in Kristall, Lichtbrechung auf. Dies führt zu Verwirrung, da sich der Sprachgebrauch nicht immer an formale Definitionen hält.

Eine bekannte Glasart für Gebrauchsgegenstände und (insbesondere) Dekorationsgegenstände ist Kristallglas oder kurz Kristall erwähnt. Allerdings handelt es sich um ein Glas. Der Unterschied zwischen Normalglas und Kristallglas wird anhand des Bleigehalts definiert (Glas mit weniger als 4% Bleioxid wird im Handel als „Glas“ bezeichnet).

Der spanische Kristall bedeutet (sowie vidrio) gerade Glas.

Geschichte des Glases

Römisches Glas raus Pompeji (79 n. Chr.)

Glas betritt die Natur für als Lavaglas (Obsidian) und war in dieser Form schon im Steinzeit verwendet für die gleichen Anwendungen wie Feuerstein. Die frühesten Spuren der Glasherstellung finden sich in Ägypten um 1500 v. Chr., wo Glas als Glasur auf Keramik gefunden. Im ersten Jahrhundert v. Chr Glasbläsertechnik entwickelt und Glasutensilien, die bisher äußerst knapp waren, verbreiteten sich.

Glasarten

Die bekannteste Form von Glas, verwendet für Fenster, Flaschen, (Trink Gläser, Vasen usw. ist eine Mischung aus Silikate. Der Hauptrohstoff dafür ist Quarz oder Siliziumdioxid (SiO2) meist aus Sand gewonnen. Kieselsäure ist ein Säureoxid, das mit Wasser Kieselsäure kann Formen.

Quarzglas (chemische Struktur). Jedes Siliziumatom ist von vier Sauerstoffatomen umgeben, von denen drei im Bild sichtbar sind; das vierte Sauerstoffatom liegt immer oberhalb oder unterhalb des Siliziumatoms.

Quarzglas

In reiner Form kann Kieselsäure auch zu einem Glas verarbeitet werden. Diese Art von Glas ist Quarzglas. Quarzglas ist im Vergleich zu anderen Glasarten schwer zu verarbeiten und daher teurer. Es hat einen hohen und ziemlich abrupten Schmelzpunkt über 1700 °C. Quarzglas wird nur für besondere Zwecke verwendet, zum Beispiel in Küvetten Das UV-Licht passieren und für Ampullen die hohen Temperaturen standhalten müssen.

Bergkristall (chemische Struktur). Jedes Siliziumatom ist von vier Sauerstoffatomen umgeben, von denen drei im Bild sichtbar sind; das vierte Sauerstoffatom liegt immer oberhalb oder unterhalb des Siliziumatoms.

Bergkristall

So wie es Quarzglas gibt Bergkristall aus reiner Kieselsäure. Durch die lange Zeit, die dem Kristallgitter gegeben wurde, ist es (quasi) perfekt kristallisiert: das Gitter besteht aus regulärem SiO4-Tetraeder, die in einem dreidimensionalen Muster angeordnet sind. Es ist daher ein kristalliner Feststoff und kein Glas. Der Unterschied ist von außen nicht leicht zu erkennen, aber im Röntgenbeugungsmuster der unterschied ist sehr groß.

kommerzielles Glas

Aufgrund der hohen Verarbeitungstemperatur und der damit verbundenen hohen Verarbeitungskosten werden handelsüblichen Gläsern Weichmacher wie CaCO zugesetzt3 und danach2CO3. Beim Schmelzen wandeln sich diese in CaO bzw. Na . um2O um Kohlendioxid zu bilden. Die Reduzierung der Querverbindungen macht das Glas weicher und reduziert die reduces Glastemperatur.

Gewöhnliches Glas besteht nur aus 70 % SiO2 und viele Weichmacher (10% CaO, 15% Na2O) und wird bei 700 °C verarbeitet. Aufgrund seiner Zusammensetzung wird es auch als Kalknatronglas bezeichnet. Es hat einen hohen thermische Ausdehnung und ist daher nicht für Laboranwendungen geeignet. Dort wird ein Glas mit einer besonderen Zusammensetzung (Borosilikatglas) oder das viel teurere Quarzglas. Diese Materialien können schnellen Temperaturänderungen standhalten.

Kommerzielles Glas wird in drei Hauptgruppen unterteilt:

Die folgenden drei Verfahren werden zur Herstellung von Verpackungsglas Inglas verwendet Glasfabriken:

  • Blase/Blasenproduktion
  • Press-/Blasproduktion
  • Presseproduktion

Um diesen Hohlglasprodukten die richtige Form zu geben, Glasformen oder Glasformen.

Herstellung

Das meiste Glas wird durch Zugabe des sauren SiO . hergestellt2 basische Verbindungen, wie natrium- oder kaliumhaltige Carbonate. Schwermetalle wie führen (im Kristallglas) angewendet werden. Aus chemischer Sicht ist Glas also eine Mischung aus Silikaten Na-K-Ca-Mg-...-Si-O. Je nach genauer Zusammensetzung hat das Glas unterschiedliche Eigenschaften, zum Beispiel einen anderen Schmelzpunkt, einen anderen a Brechungsindex, Dispersion oder irgend ein anderer Ausdehnungskoeffizient. Da sich ein Glasgegenstand beim Erhitzen ausdehnen kann, wird Glas mit einer speziellen Zusammensetzung hergestellt (Borosilikat), wo solche Probleme minimal sind. Für Bewerbungen im Optik, speziell für speziell korrigierte Linsen, Glasarten mit seltene Erden oder Fluorit die eine extrem geringe Streuung aufweisen.

Geplatztes Glas

Gebläse erhitzen eine Glaskugel am Ende eines Rohrs (Metallhohlrohr) und blasen in dieses Rohr, um das Glas aufzuweiten und so ein kugelförmiges Glaselement zu erhalten.[1] Danach wird diese Kugelform gestreckt (zu einer Zylinderform) und der Zylinder wird der Länge nach geschnitten. Dann kann der Zylinder abgeflacht werden, und man erhält eine ebene Glasoberfläche. Dieses Verfahren wird auch für die Massenproduktion von Flaschen, Gläsern und Lampen in automatisierten Glasfabriken.

Verzerrung der Glaszeichnung

Das Glas wird bei einer Temperatur zwischen 870 und 1040 °C geblasen. Soda-Calcium-Glas kann noch bei einer Temperatur von 730 °C geblasen werden, danach wird das Glas in einen weiteren Ofen bei 500 °C gelegt, damit das Glas nicht zu schnell abkühlt und platzt.

Gezogenes Glas

Man macht a Bad aus geschmolzenem Glas, legt einen (gerade) Stab waagerecht in die Flüssigkeit und zieht diesen nach oben. Das Glas ist so zähflüssig dass es der Stange folgt. Auf diese Weise erhält man schnell eine ebene Glasoberfläche, die allerdings nicht perfekt ist. Alte Fenster werden oft noch aus gezogenen Glasscheiben gebaut, zu erkennen an den sogenannten Zugstreifen: Das Glas wird lokal dicker und dünner, so dass die Scheibe ein verzerrtes Bild ergibt. Die letzte Fabrik in den Niederlanden wurde nach diesem Verfahren 1979 geschlossen.

Schwimmendes glas

Diese Methode wurde eingeführt in 1952 erfunden von Pilkington: das geschmolzene Glas wird auf ein Bad aus geschmolzenem . gegossen Zinn. Das Glas ist leichter als die Dose, daher schwimmt es oben. Geschmolzene Metalle haben eine perfekt ebene Oberfläche und auf diese Weise (die Unterseite) ist das Glas auch perfekt eben. Die Oberflächenspannung des Glases selbst sorgt für eine perfekt glatte Oberseite. Das Floatglasverfahren wird hauptsächlich zur Herstellung von großen Glasplatten (6,0 × 3,21 m) verwendet. Es wird im Stranggussverfahren aufgebracht: Auf der einen Seite wird das flüssige Glas auf das flüssige Zinn gegossen, auf der anderen Seite wird die erstarrte Glasscheibe weiter abgekühlt und auf die gewünschten Maße zugeschnitten. Auf Wunsch kann die Dicke der Glasplatte zwischen 0,4 und 25 mm variiert werden.

Derzeit werden etwa 90% des gesamten Glases mit diesem Verfahren hergestellt. Der einzige niederländische SchwimmerGlasfabrik war in Tiel. Bis 2012 wurden hier über 50.000 m² Glas produziert, umgerechnet auf eine Dicke von 4 mm.

Belgien hat mehrere Floatglasfabriken: eine in Mol in dem Kempen (40.000 m² pro Tag), vier in Moustier-sur-Sambre (280.000 m² pro Tag) und zwei in Jemeppe-sur-Sambre (120.000 m² pro Tag), alles auf 4 mm Dicke zurückgerechnet.

Recycling

Glascontainer der Gemeinde Halderberge
Auch Farb- und Weißglas werden in der Gemeinde Halderberge getrennt gesammelt

Wenn die Lebensdauer eines Glasgegenstandes abgelaufen ist, kann das Glas wiederverwendet werden. Glasabfälle wird gesammelt durch Glasbehälter. Glas muss oft nach Farbe sortiert zurückgegeben werden. Weißglas gemischt mit Buntglas kann nicht mehr als Weißglas verwendet werden. In den Niederlanden ist es je nach Gemeinde unterschiedlich, ob es auch einen Unterschied zwischen Grün- und Braunglas gibt.

Nicht jedes Glas kann auf diese Weise recycelt werden. Kristallglas und Borosilikatglas (Pyrex) haben einen anderen Schmelzpunkt und stören den Recyclingprozess.

Bearbeitungsoptionen

Andere Arten

Silikate sind sicherlich nicht die einzigen Materialien, die einen Glasübergang durchlaufen. Wir müssen uns nur im modernen Wohnzimmer umschauen. Viele der Kunststoffe die wir dort finden, werden auch in der Glasform verwendet. Die kristalline Form ist bei polymeren Kunststoffen sogar eher die Ausnahme als die Regel.

Es ist sogar möglich, Metallbrillen herzustellen. Dazu muss die Schmelze jedoch sehr schnell abgekühlt werden, da bei zähflüssiger (sirupartiger) Schmelze besonders leicht Glasbildung auftritt, was bei Metallen nicht der Fall ist. Die erforderliche ultraschnelle Abkühlung wird erreicht, indem ein dünner Strahl geschmolzenen Metalls auf eine schnell rotierende und von innen stark gekühlte Trommel geschossen wird. Das so entstandene Material hat allerlei interessante Eigenschaften, ist aber nur in kleinem Maßstab und in dünnen Schichten herstellbar

Es wird daher fleißig nach Legierungen gesucht, deren Glasbildung etwas weniger schwierig ist, und es sind mittlerweile tatsächlich eine Reihe von Materialien bekannt, aus denen auch Metallgläser in größeren Massen hergestellt werden können.[2]

Eigenschaften von Brillen

Ein großer Vorteil einer Brille ist, dass sie isotrop sind Materialien, die keine Korngrenzen aufweisen. Die Isotropie und relativ leichte Formbarkeit eines Glases ermöglicht es, kristallklare transparente Gegenstände herzustellen. Auch andere Eigenschaften wie gute Besserung und Härte sind oft sehr gut und lassen sich auch durch Veränderung der Zusammensetzung regulieren. Außerdem kann Glas korrosiven Substanzen widerstehen. Ein Nachteil ist, dass Glas sehr fragil ist. Dies ist auch bei Polymergläsern der Fall, aber es ist möglich, Materialien herzustellen, die sowohl glasige als auch gummiartige Teile enthalten, was das Beste aus beiden Welten ergibt, sowohl in Bezug auf die Härte des Glases als auch die Zähigkeit des Gummis. Ein gutes Beispiel dafür ist HÜFTEN (Hochschlagfestes Polystyrol).

Glasübergang

Wenn ein Flüssigkeit ausreichend schnell abgekühlt ist, fehlt oft die Möglichkeit zur Kristallisation, weil dem Material keine Möglichkeit gegeben wird, Wachstumskeime für das Kristallwachstum zu bilden. Am Glaspunkt oder Glastemperatur, eine Temperatur, die normalerweise viel niedriger ist als die kristalline Schmelzpunkt das Material durchläuft dann einen anderen Erstarrungsprozess: a Glasübergang. Bei beiden Erstarrungsformen (Glas- und Gefrierpunkt) gehen viele Bewegungsfreiheiten verloren und die Atome des Materials sich nicht mehr frei bewegen, sondern nur noch um einen Gleichgewichtspunkt schwingen. Der Unterschied zwischen den beiden Übergängen besteht darin, dass beim Gefrierpunkt auch eine Ordnung der Struktureinheiten der Substanz stattfindet, die bei einem Glasübergang nicht der Fall ist.Unterhalb des Glaspunktes ist das System a amorpher Feststoff, über einem unterkühlte Flüssigkeit. Der Schmelzpunkt für gewöhnliches Glas liegt bei etwa 520–600 °C.

Flüssig oder fest

Es wurde einmal gesagt, dass Glas eigentlich eine Flüssigkeit ist, die sehr langsam fließt. Dies könnte gemessen werden, indem man die Dicke der Unterseite mit der der Oberseite bei alten Fenstern vergleicht.[3] Diese Geschichte, die auch in den Schulen gelehrt wurde, ist jedoch falsch. Nach einer Berechnung von Edgar Dutra Zanotto von der Universität São Carlos in Brasilien im American Journal of Physics würde sogar glas mit einem niedrigen Viskosität dort 1032 Jahre brauchen, um sich merklich zu verformen.[4] Da dies um ein Vielfaches länger dauern würde als die Alter des Universums es ist schwierig, bei Raumtemperatur irgendwelche Strömungsphänomene zu beobachten. Die Dickenunterschiede bei alten Fenstern lassen sich durch in der Vergangenheit angewandte Fertigungsverfahren erklären. Glasplatten wurden von der zähflüssig das Glas umdrehen. Der äußere Rand wurde dicker. Beim Einlegen der rechteckig geschnittenen Scheibe wurde aus Stabilitätsgründen die dickste Seite nach unten gelegt.

Es gibt zähflüssige Flüssigkeiten, die wie ein Feststoff aussehen, sich aber zum Beispiel eindeutig als Flüssigkeit mit sehr hoher Viskosität erwiesen haben Tonhöhe oder Bitumen Bei der Pitch-Drop-Experiment. Dies betrifft Materialien, deren Glaspunkt viel näher an der Raumtemperatur liegt (Glasübergang).

Nach einem anderen Ansatz würde ein Glas unterkühlte Flüssigkeit sein. Dieser Ansatz geht davon aus, dass eine Flüssigkeit beim Abkühlen flüssig bleibt, solange sie es nicht ist kristallisiert zu einem kristallinen Feststoff. Da ist Glas nicht raus Kristalle aufgebaut wurde, wäre es nicht solide sein. Eine praktischere Definition nennt einen Stoff eine Flüssigkeit, wenn es sich um einen homogenen Stoff handelt, der fließen kann, sei es kristallin oder amorph. Auch Glas ist nach dieser Definition eindeutig ein Feststoff.

Im Allgemeinen gibt es eindeutig eine Temperatur, bei der ein Glas schmilzt und in eine viskose Flüssigkeit übergeht, und daher werden Gläser in der Wissenschaft im Allgemeinen von unterkühlten Flüssigkeiten unterschieden. Auch nach dieser Definition ist die Antwort auf die Frage, ob ein Glas eine Flüssigkeit ist, daher negativ: Ein Glas unterscheidet sich von einer unterkühlten Flüssigkeit.

Ein Hauptgrund für Verwirrung ist, dass der Übergangspunkt von der Häufigkeit der Temperaturschwankung abhängt, mit der das Phänomen untersucht wird. Bei höherer Frequenz liegt der Punkt etwas höher. Nimmt man also ein Material, dessen Glaspunkt nahe der Raumtemperatur liegt, ist es durchaus möglich, dass es beim schnellen Werfen auf den Boden wie ein fester Glaskörper zerbricht, aber bei einer viel größeren Zeitskala wie eine Flüssigkeit fließt. Das Zeit-Temperatur-Überlagerungsprinzip wird verwendet, um anzuzeigen, dass die Zeitskala und die Temperaturskala teilweise austauschbar sind. Die Verschiebung der Glastemperatur (TG) mit der Zeitskala ist nicht groß, was auch erklärt, warum weit unterhalb des Glaspunktes (wie bei Fensterglas bei Raumtemperatur) kein Flüssigkeitsverhalten zu erwarten ist.

Bei vielen Polymeren ist die Situation etwas anders. Dies sind oft Gläser mit einer Glastemperatur von nur 100-200 °C statt 700-1000 °C bei Silikaten. Obwohl Zigarettenpapier bei diesen Materialien kaum eine Rolle spielt, gibt es manchmal Altern (Alterung), wobei sich die mechanischen Eigenschaften des Polymers im Laufe der Jahre allmählich ändern. Dies ist insbesondere dann zu beachten, wenn man den Kunststoff in einer Konstruktion verwenden möchte. Diese Alterung ist auch auf die Nähe der Glasspitze zurückzuführen.

Siehe auch

Externer Link

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