Glas

Unter Glas (svw. "glasa", germanisch für Bernstein; das Glänzende oder Schimmernde) versteht man einen amorphen Feststoff. Glas entsteht, wenn eine Schmelze so schnell abkühlt, dass sie keine kristalline Struktur ausbilden kann. Man könnte, thermodynamisch gesehen, auch von einer unterkühlten Flüssigkeit sprechen.

Diese Definition gilt für alle Substanzen, die geschmolzen und mit einer entsprechend hohen Geschwindigkeit abgekühlt werden.

Im engeren Sinne versteht man unter Glas aber vor allem unterkühlte (erstarrte) anorganische Schmelzen auf der Basis von Siliziumdioxid (Quarzsand). Durch weitere Beimengungen werden die Eigenschaften des Glases beeinflusst.

Daraus ergibt sich eine Abgrenzung zum Kunststoff, da dieser einen organischen (siehe auch organische Chemie) Ursprung hat und nicht als Glas bezeichnet werden darf, auch wenn er durchsichtig ist.

Glaskeramik wird meist ebenfalls auf der Basis von Siliziumdioxid hergestellt. Gezielte Zusammensetzungen und eine an die Glasherstellung angeschlossene exakt gesteuerte Temperaturbehandlung sorgen dafür, dass ein gewollter Kristallisationsprozess einsetzt,der aber nicht abgeschlossen wird. Resultat ist ein glasähnliches Produkt mit neuen Eigenschaften oder Eigenschaftskombinationen. Für die Spiegel großer Teleskope und für Kochfelder wird zum Beispiel ein Material verwendet, das bei Temperaturveränderungen zwischen -50 °C und 300 °C praktisch keine Formänderung zeigt. Hierdurch werden Spannungen vermieden, die bei normalen Gläsern oder Keramiken oft zum Bruch führen.

Das Wort Glas stammt aus dem germanischen Kulturkreis. Zunächst kannten die Germanen keinerlei Glas. Weder Schmuckglas, noch Hohlglas oder Flachglas. Als die Germanen das Glas erstmals in der Form von Schmuck und Glasperlen durch die Römer kennenlernten, wurde es mit ihrem heimischen Wort für Bernstein, "glasa" (das Glänzende oder Schimmernde) benannt.

Die offensichtlichste Eigenschaft von Glas ist, dass es durchsichtig ist. Extrem reines Glas kann so transparent sein, dass infrarotes Licht über viele Kilometer durch Glas in Form von Glasfaserkabeln geschickt werden kann.

Glas ist meist durchsichtig, hart, chemisch weitgehend träge, biologisch inaktiv und kann mit sehr glatten und undurchlässigen Oberflächen hergestellt werden. Deshalb gibt es so viele Verwendungsmöglichkeiten für Glas.

Die meisten Glassorten werden mit weiteren Zusatzstoffen produziert, um bestimmte Eigenschaften zu verändern. Bleiglas funkelt stärker, weil es einen höheren Brechungsindex hat, während Bor als Zusatz die thermischen und elektrischen Eigenschaften verändert. Barium erhöht ebenfalls den Brechungsindex und Cer wird für Glas verwendet, das Infrarotstrahlung absorbiert. Andere Metalloxide als Zusätze ändern die Farbe. Soda und Pottasche werden manchmal zugegeben, um den Schmelzpunkt zu erniedrigen, und Mangan kann unerwünschte Farben entfernen.

Glas ist heute ein Sammelbegriff für eine Vielzahl von Produkten:

Gebrauchsglas: Vasen, Trinkgefäße, Schmuck etc.
Bauglas: Scheiben, Türen, Fassadenbau, Sanitär etc.
Spezielle Verwendung: Optik, Chemie, Medizin, Informationstechnik etc.

Herstellung

Glas wird erschmolzen aus Sand (SiO2), und ist nach chemisch-physikalischer Definition ein Schmelzprodukt, welches abgekühlt und erstarrt ist, ohne zu kristalisieren (nach: Martin Heck, Chemisch-analytische Untersuchungen an frühmittelalterlichen Glasperlen, 2000, Diss. an der TU Darmstadt). Das bedeutet, daß es nach der Definition noch immer flüssig ist, nur fast unendlich verlangsamt. An alten Glasscheiben läßt sich unten eine leichte Verdickung nachweisen, was diese Aussage stützt. Um Glas zu erschmelzen, wird ein Netzwerkbildner (Sand), Netzwerkwandler wie Na2O, K2O etc., und Zwischenoxide, auch Stabilisatoren genannt, wie z.B. MgO. Weger der Bildung des Netzwerkes spricht man bei Gläsern auch von einer Matrix. Sie setzt sich aus den diese Struktur bildenden Elementen Sauerstoff uns Si4+, B3+ oder P5+ zusammen. Aufgespalten wird das Netzwerk durch Kationen wie Na+ oder Ca+; daneben existieren sogenannte intermediäre Kationen wie Al3+, Zn2+ oder Pb2+, die sowohl bildende als auch Netzwerk wandelnde Eigenschaften haben (Heck 2000, 4). Zwischenoxide, die auch Stabilisatoren genannt werden, bewirken, daß das Glas "länger" wird, also auch bei niedrigen Temperaturen noch bearbeitet werden kann. MgO ist ein gängiger Stabilisator, da er schon in den Rohstoffen (z.B. als Begleiter des Kalks) vorkommen kann. Die MEnge des Natrium und/oder Calcium ist entscheidend für die Länge der Netzwerkstruktur. Die Zumischung eines Flußmittels ist erforderlich, da reiner Quarz (SiO2) erst bei einer Temperatur von ca. 1700°C schmilzt. Von der Antike bis zum 8. Jahrhundert, also auch während des Frühmittelalters wurde als Flußmittel Soda beigemischt. Erst danach wurde Pottasche (Pflanzenasche) als Flußmittel beigegeben.

Das Produkt des Erschmelzens der reinen Glasmasse aus den Komponenten wird Fritte genannt, ein oft falsch benutzter und falsch verstandener Begriff. Hinzu kommt eine oftmals fehlende scharfe Trennung zwischen Glasproduktion und Glasverarbeitung. Die Produktion des Glases (= Bildung der NEtzwerkstruktur durch erschmelzen der Komponenten) führt zum Zwischenprodukt, der Fritte. Eine unansehnliche Masse, die nicht sofort aus sich Aufschluß über ihre spätere Verwendung gibt. Das Produkt ist von dunkler, lichtundurchlässiger (= opaker) Färbung. Erst durch Beigabe von Braunstein, der sogenannten Glasseife, wird die Fritte entfärbt und kann als Rohglas angesprochen werden.

Natürliches und künstliches Glas

Natürliches Glas

in seiner Form, gibt es seit Bestehen der Erdkruste. Es läßt sich durch seine Form in 3 Arten unterteilen:

Obsidian (vulkanischen Ursprungs)
Tektite (entstehen durch Meteoriteneinschlag)
Fulgurite (entstehen bei Blitzeinschlag)

Neben diesen irdischen Gläsern wurden bei der Apollo 17 Mission orangefarbige Mondglasperlen vulkanischen Ursprungs gefunden. In Meteoriten wird oft Maskelynit gefunden. Maskelynit ist ein Glas mit der Zusammensetzung von Plagioklas aus dem es auch durch Schockereignisse (Kollisionen, Impakt) erzeugt wird.

Künstliches Glas

Glas wird meist künstlich hergestellt. Die Einteilung des Glases wird nach verschiedenen Gesichtspunkten dargelegt.

Unterteilung nach Glasart (chem. Zusammensetzung)

Die hier beschriebenen Gläser sind mit Ausnahme einiger Spezialgläser Silikatgläser. Sie bekamen ihren Namen vom Quarzsand bzw. der dort verbundenen Hauptkomponente Siliziumdioxid. Die chemische Zusammensetzung basiert auf dem gewünschten Verwendungszweck und wird dem entsprechend modifiziert. Trotz der Feinheiten und Anforderungen an das Glas selbst bestehen die meisten Flachgläser auch heute noch aus Quarzsand, Kalk und Soda.

Einteilung nach Form des Endproduktes
Verwendungzweck
Herstellungsverfahren
Typen
- Hohlglas
- Flachglas
- Vollkörperglas

Geschichte des Glases

Natürlich vorkommmendes Glas wie Obsidian wurde seit der Steinzeit benutzt. Dokumentiert wurde die Glasherstellung zum ersten Mal in Ägypten um 2000 v. Chr., wo Glasscheiben hergestellt wurden, indem Sand auf geschmolzenem Blei geschmolzen wurde. Die Römer erfanden viele Arten von Glas, aber lange Zeit war Glas undurchsichtig, bis im 14. Jahrhundert italienienische Glasmacher das "Cristallo" erfanden, ein farbloses und durchsichtiges Glas. Anfangs wurde Glas geschleudert. Dazu wurden einige Kilo geschmolzenes Glas am Ende einer Stange schnell gedreht, so dass sich eine Scheibe mit etwa 1,50 Meter Durchmesser bildete. Daraus wurden dann Glasscheiben geschnitten. Um 1688 wurde die Methode des Glasgießens erfunden, wodurch Glas stärkere Verbreitung fand. Ab 1827 konnte Glas durch neue Maschinen als Massenware für billige Artikel produziert werden. Die industrielle Flaschenabfüllung (z.B. in Bierbrauereien) begann um die 1870er Jahre.

Siehe auch: Antikglas, Bleiglas, Kristallglas, Kronglas, Quarzglas, Plexiglas (Kunststoff!)

Glaserzeugnisse (alphabetisch geordnet)