Einstein-Gymnasium Rheda-Wiedenbrück

Informationen über Glas

Das Glas ist heute ein nicht wegzudenkender Werkstoff. Seine Geschichte fängt etwa 5000 Jahre vor unserer Zeitrechnung an. Aber wer das Glas erfunden hat, steht nicht fest. Dennoch erzählt eine Legende, dass das Glas zufällig von den Phöniziern erfunden wurde. Einige ihrer Seefahrer wollten am Strand des Mittelmeeres eine warme Mahlzeit zubereiten. Aber sie fanden am Strand keine Steine um ihre Töpfe daraufzustellen . Also holten sie Sodabrocken von ihrem Schiff und bauten damit eine Feuerstelle. In der Hitze des Feuers sei so zufällig aus Sand, Soda und Holzasche Glas entstanden. Aber ob diese Überlieferung stimmt, kann man nur bezweifeln. Denn um das Gemisch zu schmelzen, ist eine Temperatur von ca.1000? C nötig. Also Temperaturen, die von einem einfachen Herdfeuer nicht erzeugt werden können. Es ist viel wahrscheinlicher, dass das Glas beim Herstellen von Glasuren für Töpferwaren entdeckt worden ist, denn da hat man die hohen Temperaturen und die nötigen Bestandteile.

Eigenschaften des Glases:


Durch seine optimalen Eigenschaften ist Glas vielseitig einsetzbar:

  • als Geschirr, da es geschmacks- und geruchsfrei ist. Ausserdem lässt sich die Glatte Oberfläche des Glases sehr einfach reinigen.
  • durch seine porenfreie Oberfläche ist es gasundurchlässig
  • da es durchsichtig ist, eignet es sich sehr gut als Baustoff, da es überall eingesetzt werden kann wo gute Sichtverhältnisse erforderlich sind.
  • z.B.als Isolator, da es kaum Wärme und keinen Strom leitet.
  • als Kunstobjekt, da man es färben und im geschmolzenem Zustand beliebig formen kann.
  • in der Chemie, da es weitgehend gegen alle möglichen chemischen Stoffe und Lösungen beständig ist (Ausnahmen bilden alkalische Lösungen, Fluor, Fluorwasserstoff, und dessen wässrige Lösungen).

Glas ist nicht sehr stabil. Bei starken Belastungen ist es spröde, bei geringen aber noch stabil. Eine weitere Eigenschaft ist, dass das Glas beim Abkühlen keine Kristalle bildet. Deswegen ist es in einem flüssigkeitsähnlichen, amorphen (gestaltosen) Zustand. Ausserdem hat Glas keine bestimmte Schmelztemperatur sondern einen sog. Erweichungszustand.

Verschiedene Eigenschaften wichtigster Glassorten:

GlasartEigenschaftenZusammensetzungVerwendung
KalknatronglasSand : 71 ? 75 %,Soda : 12 ? 16 %,Kalk : 10 ? 15 % Weitgehend beständig gegen chem. Einflüsse, nicht dauerhaft gegenüber alkalischen LösungenGetränkeflaschen, Konservengläser, Trinkgläser, Fensterglas
BleiglasSand : 54 ? 65 %,Bleioxid : 18?38 %,Soda : 13 ? 15 %Starke Lichtbrechung, schleifbar, grosse DichteVasen, Schalen, Trinkgläser, mit Schliff
Borosilicatglas (Jenaer Glas)Sand : 70 ? 80 %, Boroxid : 7 ? 13 %, Soda : 5 ? 10 %, Aluoxid : 2 ? 7%Hohe Beständigkeit gegen Chemikalien und bei grossen TemperaturunterschiedenLaborglas, Backformen, feuerfestes Geschirr

Glasherstellung:


Hauptbestandteil des Glases ist Quarz, also Siliciumdioxid. Es kommt vor allem in Sand vor. Dort ist es jedoch mit vielen verschiedenen Stoffen verunreinigt. Der Sand wirkt hierbei als Glasbildner. Er trägt also dazu bei, die Verzweigungen des Glasnetzwerks aufzubauen. Zum Beispiel durch färbende Oxide (besonders Eisenoxid welches dem Sand seine bräunliche Farbe gibt). Diese würden auch das spätere Glas färben. Also darf der Sand zur Glasherstellung nur 0,01 -0,03% Eisenoxid enthalten. Besonders rein dagegen liegt es in Bergkristallen vor. Das Quarz ist Hauptbestandteil fast aller Gläser. Es bestimmt die Grundeigenschaften und die Struktur des Glases.

Quarz hat eine hohe Schmelztemperatur von ca. 1700°C. Dies liegt daran, dass beim Schmelzen die starken Si-O-Bindungen aufgebrochen werden müssen. Beim Abkühlen wird die Schmelze zähflüssig und erstarrt dann schließlich ohne zu kristallisieren. Es bildet sich Quarzglas. Ähnlich wie beim Quarz sind die Si-Atome im Quarzglas tetraedrisch von 4 Sauerstoffatomen umgeben. Diese Tetraeder sind jedoch nicht mehr wie im Quarz geordnet sondern sind in der bei der Flüssigkeit vorhandengewesenen Unordnung geblieben. Quarzglas ist jedoch ein relativ teures, dafür aber auch qualitativ hochwertiges Glas. (sehr geringe Wärmeausdehnung ? sehr geringe Gefahr des Zerspringens auch bei extremem Temperaturwechsel).

Um Glas billiger herzustellen, werden dem Sand noch einige andere Stoffe beigemengt. Dabei handelt es sich meist um Soda (Natriumcarbonat). Dieser Stoff dient dazu, die ansonsten hohe Schmelztemperartur des Quarzes herabzusetzen. Früher wurde es aus sodahaltigen Seen in Ägypten gewonnen oder durch das Verbrennen sodahaltiger Pflanzen und anschliessendem Auslaugen der Asche. Heute wird es großtechnisch aus Ammoniak, CO2 und Kochsalzlösung im SolvayVerfahren hergestellt. Dazu kommt ausserdem gemahlener Kalkstein (CaCO3), der die Härte des Glases und auch seine chemische Beständigkeit gegen vielerlei chem. Stoffe erhöht. Wird das Gemisch dann erhitzt so entweicht Kohlenstoffdioxid und es entstehen Silicate, die ähnlich wie Siliciumdioxid einen teilweise vernetzten Aufbau haben.

Das am meisten vorkommende Glas, das Kalknatronglas / Normalglas, geht von den Silicaten aus. Silicate sind die verschiedenen Salze der Sauerstoffsäuren des Siliciums (Kieselsäuren). Die Silicate haben einen sehr komplizierten Aufbau. Die einfachste Kieselsäure ist Orthokieselsäure, H2SiO3.

Verarbeitung und Herstellung des Glases:

Der heute wohl wichtigste Verwendungszweck des Glases ist wahrscheinlich als Baustoff, genauer gesagt als Flachglas. Dieses F. wird heute nach dem sog. Floatverfahren hergestellt. Das Besondere an diesem Verfahren ist, dass das flüssige Glas auf geschmolzenes Zinn geleitet wird. Auf diesem flüssigen Zinn schwimmt das Glas dann in Form eines endlosen Bandes. Auf seinem Weg auf dem Zinn kühlt das Glas von 1200°C auf ca. 600°C ab. Das endgültige Abkühlen auf Raumtemperatur erfolgt dann in Kühlöfen und auf einem offenen Rollengang. Am Ende wird das Glas zerschnitten und für den Versand verpackt. Die gesamte Anlage ist Tag und Nacht in Betrieb. Dadurch ist es möglich, das Glas immer von einer gleichbleibenden Dicke zu erzeugen, und es hat eine hohe Qualität und kann dann weiter zu veredeltem Flachglas verarbeitet werden.
Bei veredeltem Flachglas handelt es sich um spezielle Gläser die erhöhten Ansprüchen genügen müssen. Beispiele sind zum Beispiel Verbundglas. Dies ist Glas, das aus mindestens 2 Scheiben Sicherheitsglas besteht, welche durch eine reißfeste Kunststofffolie miteinander verklebt sind. Bei der Zerstörung bleiben die Bruchstücke an der Folie haften. Außerdem bleibt die Scheibe durchsichtig. Verbundglas wird bei Windschutzscheiben, als Schutzglas bei Maschinen oder bei Fernsehbildröhren verwendet. Es kann weiterhin auch zu mehr als 25 mm dickem Panzerglas oder durch Einfügen von Heizdrähten zu PKW-Heckscheiben weiterverarbeitet werden. Panzerglas besteht aus mindestens 4 Scheiben und ist ab 60 mm durchschußfest.
Sicherheitsgläser werden hergestellt um die Bruchgefahr und damit die Verletzungsgefahr bei Flachgläsern zu verringern. Die Gläser werden dabei bei der Herstellung thermisch vorgespannt und gehärtet. Dabei wird die Oberfläche des Glases rasch erhitzt und sofort wieder abgekühlt. Das so entstandene Sicherheitsglas zerfällt bei Schlag oder Stoß in viele kleine Bruchstücke ohne scharfe Ränder.

Zu den veredelten Gläsern gehören auch die Isoliergläser. Sie bestehen aus 2 oder mehr Scheiben, die einen Zwischenraum von 9 -12 mm aufweisen. Darin befindet sich entweder Luft oder ein Gas. Die Luft oder das Gas trägt dazu bei, dass weniger Wärme vom Innenraum nach aussen gelangt.
Eine weitere Methode Fensterscheiben herzustellen, ist es zu giessen. Es entsteht sogenanntes Gussglas. Es ist nicht durchsichtig und wird vor allem für Badezimmer- bzw. Toilettenfenster verwendet. Bei diesem Verfahren fliesst das Glas auf eine Bank aus feuerfestem Stein. Von dort aus gelangt es zwischen 2 Formwalzen. Je nach Abstand der Walzen wird das Glas mehr oder weniger dick. Soll die Oberfläche des Glases eine Musterung enthalten, verwendet man entsprechende Formwalzen mit entsprechender Musterung. Wenn Drahtglas hergestellt werden soll, liegt vor der Formwalze eine Rolle mit Drahtnetz. Dieses wird im Laufe der Verarbeitung leicht in die Oberfläche des Glases eingedrückt. Diese Art von Glas wird zum Beispiel in Bahnhofshallen, Haustüren... verwendet.

Umwelt:


Glas ist sehr umweltfreundlich, da es nach dem Gebrauch durch Wiederverwertung nochmals genutzt werden kann. Es ist jedoch wesentlich umweltfreundlicher Pfandflaschen als Einwegflaschen zu nutzten.

Andreas Vdovkin

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