Glas

duimnael|regs|380px|Die glasfasade van die UNIQA-toring in Wene, [[Oostenryk.]]
Die materiaalkundige definisie van glas is dat dit 'n eenvormige, amorfe vastestof-materiaal is. Die woord glas kom van die Latynse woord glacies wat "ys" beteken. Die ou Germaanse stamme het die woord glaes gebruik om na amber te verwys.
Vorming van glas

Glas (van verskillende soorte) ontstaan gewoonlik as 'n geskikte viskose gesmelte materiaal vinnig afgekoel word tot onder sy glasoorgangstemperatuur en sodoende nie genoeg tyd laat vir die gewone kristalraamwerk om te vorm nie. 'n Eenvoudige voorbeeld is wanneer tafelsuiker gesmelt word en vinnig afgekoel word deur die stroop op 'n koue oppervlak uit te giet. Die resultaat is 'n amorfe vastestof wat nie 'n kristallyn het nie.

Daar is ook stowwe wat hoegenaamd nie 'n kristalraamwerk wil vorm nie. Baie (veral ataktiese) polimere het 'n struktuur wat kristalvorming onmoontlik maak. Hulle kan by hoër temperature vloeibaar bly, maar met stadige afkoeling gaan dit by laer temperature in 'n glas oor. Dis die geval met baie kunsstowwe.

Mens kan ook van metale glas maak, maar die afkoeling moet baie vinnig plaasvind. Heelwat navorsing is gedoen op legeringe wat nie so vinnig afkoel nie, omdat hulle baie interessante eienskappe het.

In die algemene omgangstaal verwys die woord glas normaalweg na 'n spesifieke soort glas: die silika-gebaseerde glasse wat algemeen gebruik word as 'n boumateriaal, vir houers en versiering. Dit is dan ook die hoofonderwerp van hierdie artikel, maar baie polimeerkunsstowwe is ook glas en word baie toegepas.
Silikaatglas

In sy suiwer vorm is glas 'n deursigtige, relatief sterk, verweerbestande, bykans inerte en biologies onaktiewe materiaal wat gevorm kan word met baie gladde en ondeurlaatbare oppervlaktes. Hierdie wenslike eienskappe gee aanleiding tot 'n groot verskeidenheid gebruike vir glas. Glas is egter baie bros en breek om skerp skerwe te vorm. Hierdie eienskappe kan verander word deur bymiddels of hitte-behandeling.

Gewone glas bestaan uit ongeveer 70% amorfe silikondioksied (SiO2), wat dieselfde chemiese verbinding is waaruit kwarts bestaan. Die polikristallyne vorm van hierdie materiaal is gewone sand.

is nogtans 'n suur oksied en dit kan reageer met basiese oksiede soos dié van natrium of kalsium as dit saamgemelt word. Wat resulteer hang af van reaksiemengsel se stoigiometrie. Met voldoende natriumoksied ontstaan 'n oplosbare natriumsilikaat (waterglas):

:SiO_2 + 2Na_2O \rightarrow Na_4SiO_4

Met ondermaat basis ontstaan 'n silikaatglas

:(0.25-0.8)Na_2O + SiO_2 \rightarrow glas

Dit kan met verskeie oksiede en mengsels van oksiede gedoen word. Silikondioksied is nie die enigste netwerk- en glasvormende oksied nie. Soms word ook fosfate of borate bygevoeg. Ander oksiede wat self nie netwerkvormend is nie kan in klein hoeveelhede ook gebruik word. Die eienskappe van die resulterende glas hang baie van die samestelling af.
Eienskappe en gebruike

thumbnail|regs|250px|Glas kan deursigtig en plat gemaak word of in ander vorme en kleure geskep word soos getoon word deur hierdie bal van die Verrerie van Brehat in [[Bretagne.]]

Een van die mees voor die hand liggende eienskappe van gewone glas is dat dit deursigtig is, dit wil sê ligstrale só deurlaat dat voorwerpe daardeur gesien kan word, hoewel dit nie vir alle glasagtige materiale geld nie. Die deursigtigheid kan toegeskryf word aan die afwesigheid van elektroniese oorgangstoestande in die sigbare ligspektrum en die feit dat die glas homogeen is. 'n Verwante kenmerk is dat dit isotroop is: die eienskappe is dieselfde in alle rigtings. Kristallyne stowwe is anisotroop en eienskappe soos die brekingsindeks verskil in verskillende rigtings van die kristal.

In teenstelling tot kwarts en kwartsglas laat gewone glas nie lig van 'n golflengte korter as 400 nm (ook bekend as ultravioletlig) deur nie. Die rede hiervoor is die byvoeging van verbindings soos natriumkarbonaat.

Suiwer SiO2 glas absorbeer nie UV-lig nie en word gebruik in toepassings waar deursigtigheid in die gebied van die spektrum vereis word. Hierdie soort glas kan so suiwer gemaak word dat honderde kilometers daarvan deursigtig is vir infrarooi-golflengtes. Dié soort glas word dan ook gebruik in die vervaardiging van optiese vesel. Indiwiduele vesels kry ook 'n ewe deursigte kern van SiO2/GeO2 glas, wat net effens anderse optiese eienskappe het (die Germanium verleen aan die glas 'n hoër refraksie-indeks). Ondersese kabels het seksies wat met erbium gedoop is wat die seine versterk deur laser-emissie vanuit die binnekant van die glas.

Amorfe SiO2 word ook gebruik as 'n diëlektriese materiaal in geïntegreerde stroombane vanweë die gladde en elektries neutrale raakvlak wat dit met silikon vorm. Glassoorte wat gebruik word om optiese toestelle te vervaardig word gewoonlik gekategoriseer deur van 'n ses-syfer glaskode gebruik te maak, of alternatiewelik 'n letter-syferkode vanuit die Schot Glas katalogus. BK7 is byvoorbeeld 'n lae verstooiing boorsilikaat kroonglas en SF10 is 'n hoë verstrooiing digte flintglas. Die soorte glas word gerangskik volgens samestelling, refraksie-indeks en Abbe-getal.

Glas word soms natuurlik gevorm vanuit vulkaniese magma. Hierdie glas word lawaglas genoem en is gewoonlik swart as gevolg van onsuiwerhede. Lawaglas is 'n rou materiaal wat sedert die oertyd gebruik is om uiters skerp messe mee te maak.
Bestanddele van glas

Suiwer silika (SiO2) het 'n smeltpunt van ongeveer 2000 °C en al word dit soms gebruik vir spesiale toepassings, word twee ander stowwe altyd by gewone glas bygevoeg om die verwerking daarvan makliker te maak. Een is soda (natriumkarbonaat Na2CO3), of potas (kaliumkarbonaat) wat die smeltpunt verlaag na ongeveer 1000 °C. Die soda maak die glas egter oplosbaar in water, wat ooglopend 'n ongewenste eienskap is, daarom word kalk (kalsiumoksied, CaO) bygevoeg om die onoplosbaarheid van die glas te verseker. Soda-kalkglasse verteenwoordig ongeveer 90% van alle glasvervaardiging in die wêreld.

Buiten soda en kalk bevat die meeste gewone glas ook ander bestanddele wat bygevoeg word om die eienskappe daarvan aan te pas. Loodglas, soos kristalglas of flintglas is helderder vanweë die verhoogde refraksie-indeks die opmerklike 'vonkeling' veroorsaak, terwyl boor bygevoeg kan word om die termiese en elektriese eienskappe te verander soos in Pyrex. Die byvoeging van barium verhoog ook die refraksie-indeks. Toriumoksied verleen aan glas 'n hoë refraksie-indeks en lae ligverstrooiïng en is voorheen gebruik in die vervaardiging van hoë kwaliteit lense, maar word tans vervang deur lantaanoksied in moderne toepassings as gevolg van die radio-aktiwiteit daarvan. Groot hoeveelhede yster word gebruik in glas om infrarooi-energie te absorbeer soos in hitte-absorbererde filters vir filmprojektors terwyl cerium(IV)oksied gebruik kan word vir glas wat UV-golflengtes absorbeer (biologies skadelike ioniserende straling).
Gekleurde glas

duimnael|links|250px|Metaalbymiddels in de glasmengsel kan 'n verskeidenheid kleure tot gevolg hê. Hier is kobalt bygevoeg om 'n blougekleurde sierglas te maak
duimnael|regs|275px|Die binnekant van 'n Blouglaskoppie

Metale en metaaloksiede word by glas gevoeg tydens vervaardiging om die kleur daarvan te verander. Mangaan kan in klein hoeveelhede bygevoeg word om die groen tint wat deur ysteronsuiwerhede veroorsaak word te verwyder of in hoër konsentrasies om die glas 'n ametiskleur te gee. Seleen kan net soos mangaan in klein hoeveelhede gebruik word om glas te ontkleur of in hoër konsentrasies om 'n rooierige kleur aan die glas te verleen. Klein konsentrasies kobalt (0.025 tot 0.1%) gee 'n blou glas. Tinoksied saam met antimoon- en arseenoksiede gee 'n ondeursigtige wit glas wat eers in Venesië gebruik is om nagemaakte porselein te vervaardig. 2 tot 3% koperoksied gee 'n turkoois kleur. Suiwer koper gee 'n baie donker rooi, ondeursigtige glas, wat soms gebruik word as 'n plaasvervanger vir goud in die vervaardiging van robynkleurige glas. Nikkel gee, afhangende van die konsentrasie 'n blou of pers keur of selfs swart glas. Die byvoeging van titaan gee 'n bruingeel glas. Goudmetaal in baie klein konsentrasies (ongeveer 0.001%), gee 'n ryk robynkleurige glas terwyl laer konsentrasies 'n minder intense rooi gee. Uraan (0,1 tot 2%) kan by glas gevoeg word om 'n fluoroserende geel of groen kleur te verkry. Uraanglas is gewoonlik nie radio-aktief genoeg om gevaarlik te wees nie, maar as dit tot 'n fyn poeier gemaal word, deur dit byvoorbeeld met skuurpapier te poleer, en dan ingeasem word kan dit kankerwekkend wees. Silwerverbindings (veral silwernitraat) kan 'n reeks kleure gee van oranje-rooi tot geel. Die manier waarop die glas verhit en verkoel word kan ook 'n betekenisvolle invloed op die kleure, wat deur hierdie verbindings veroorsaak word, hê. Die chemie betrokke is ingewikkeld en word nog nie goed verstaan nie. Dikwels word nog nuwe gekleurde glas ontdek.
Geskiedenis van glas

Glas wat natuurlik voorkom soos in die geval van lawaglas is al sedert die steentydperk deur die mens gebruik. Die eerste gedokumenteerde aanwysings vir glasvervaardiging is uit Egipte rondom 1500 v.C, toe glas as glasuursel vir kleipotte en ander soortgelyke items gebruik is. In die eerste eeu v.C. is die tegniek van glasblaas ontwikkel en het glasware wat voorheen uiters skaars was, meer algemeen begin word.
duimnael|links|180px|Obsidiaan (lawaglas) is 'n vulkaniese glas, wat natuurlik voorkom. Hierdie steen is in die VSA-deelstaat Oregon gevind
Glas is gemaak van sand, plantas en kalk. Die vroegste gebruik van glas was as gekleurde, ondeursigtige of deursigtige glasuursels op keramiekware wat aangewend is voordat die potte gebak is. Klein stukkies gekleurde glas is as waardevolle items beskou en het soms selfs met edelgesteentes meegeding as juweliersware.

Met die verloop van tyd is daar (waarskynlik deur 'n pottebakker) uitgevind dat as glas verhit word totdat 'n semi-vloeistof word dat dit gevorm kan word en dan afgekoel word om die vorm te behou. In die eerste eeu v.C. iewers aan die oostelike kant van die Middelandse See het 'n nuwe uitvinding 'n omwenteling in die glasbedryf veroorsaak. Dit was die ontdekking van die glasblaaskuns, beide vryblaas en gietblaaswerk.

In die Hellenistiese gebiede van die oostelike Middellandse See is danksy die vooruitgang van die vormsmeltkuns met die vervaardiging van breekware uit glas begin, waarby dikwels keramiese skottels en borde as voorbeelde dien. Die Griekse glasware wys al pragtige patrone in hul mosaiek- en millefioriglas, waarby klein stukkies gekleurde glas ingewerk is.
duimnael|regs|200px|'n Romeinse glasbotteltjie, wat soos die helmhoed van 'n gladiator gevorm is (Romeins-Germaanse museum, Keulen)
In die Romeinse Ryk is aanvanklik groot hoeveelhede glas uit die ooste, veral Egipte, ingevoer. Die gewildheid van glasprodukte as blompotte, breekware, drinkbekers en botteltjies het tot die stigting van 'n plaaslike glasnywerheid in die provinsie Italia gelei. Die grootskaalse produksie en dalende pryse het veral van deursigtige glas 'n massaproduk gemaak, terwyl welgestelde burgers groot somme geld vir kunsvolle drinkglase betaal het, waarin figure ingesny is.

In die Keisertyd het ook in ander provinsies van die Romeinse Ryk glasnywerhede begin ontwikkel. Glasprodukte uit Noord-Italië, Spanje, Gallië en die Colonia Claudia Ara Agrippinensium (die huidige Keulen) het baie gewild geraak en is dwarsoor die ryk verkoop. Keulense diatreetglase met hulle kunsvolle netwerkversierings behoort tot die pragtigste voorbeelde van die antieke glasblaaskuns. Die glasnywerhede is weëns die brandgevaar gewoonlik buite die stadsmure aangelê; opgrawings wat in Keulen en sy omgewing gemaak is, dui aan dat hier volgens antieke standaarde grootskaalse produksie van glasware plaasgevind het. Venesië het die antieke tradisie van glasvervaardiging bewaar, wat in Murano oor die eeue heen verder ontwikkel is.

Die kleur van "natuurlike glas" is groen tot blouerig groen. Hierdie kleur word veroorsaak veranderlike hoeveelhede ysteronsuiwerhede wat natuurlik in sand voorkom. Gewone glas het selfs vandag nog gewoonlik 'n effense groen of blou tint wat ook aan die onsuiwerhede toegeskryf kan word. Glasmakers het geleer hoe om gekleurde glas te maak deur metaalverbindings en minerale oksiede by te voeg om helder skakerings van rooi en blou te kry – die algemene kleure van edelgesteentes.

Glasvoorwerpe uit die 7de en 8ste eeue is gevind op die eiland van Torcello naby Venesië. Dit vorm 'n belangrike skakel tussen die Romeinse tydperk en die latere belangrikheid van laasgenoemde stad in die vervaardiging van die materiaal. Ongeveer 1000 n.C. is 'n belangrike tegniese deurbraak in Noord-Europa gemaak toe sodaglas vervang is met glas wat uit 'n meer geredelik beskikbare materiaal gemaak kon word: potas wat uit die as van hout verkry is. Vanaf hierdie oomblik vorentoe het noordelike glas betekenisvol verskil van die glas wat in die Middellandse See-gebied gemaak is, waar soda nog steeds in algemene gebruik was.
duimnael|links|250px|Middeleeuse glaskuns - die roosvenster van die Sainte Chapelle in Parys, Frankryk
Die 11de het die nuwe tegnieke in Duitsland ingelui in die vervaardiging van glasblad, deurdat die glas is eers as 'n sfeer uitgeblaas en dan geswaai om silinders te vorm en terwyl dit nog warm was is die silinders gesny en plat gemaak om die blaaie te vorm. Die tegniek is in die 13de eeuse Venesië vervolmaak.

Tot en met die 12de eeu was brandskilderwerk nie algemeen in gebruik nie.

Die middelpunt van die wêreld se glasbedryf was Venesië waar baie nuwe tegnieke ontwikkel is en was die stad dan ook die middelpunt van die uitvoerhandel in breekware, spieëls en ander luukse glasware. Mettertyd het van die Veniesiese glasmakers na die noordelike gebiede in Europa gemigreer en het hulle die kuns saam met hulle versprei.

Die kroonglasproses is tot in die middel 1800's gebruik. In hierdie proses het die glasblaser omtrent 4 kg gesmelte glas aan die punt van 'n staaf gespin tot 'n plat skyf van ongeveer 1.5m deursnee. Die skyf is dan in ruite gesny. Venesiaanse glas is hoog aangeprys tussen die 10de eeu en 14de eeue aangesien hulle die proses geheim gehou het. Rondom ongeveer 1688 is 'n proses ontwikkel om glas te giet wat daartoe gelei het wat glas 'n meer algemeen gebruikte materiaal gemaak het.

Die uitvinding van die glaspers in 1827 het die massaproduksie van goedkoop glasartikels moontlik gemaak.

Die silindermetode is in die vroeë 1900's ontdek deur William J. Blenko.

Kunswerke is somtyds in glas geëts deur suur of ander alkaliese verbindings. Dit is tradisioneel gedoen deur 'n opgeleide vakman nadat die glas geblaas of gegiet is. In die 1920's is 'n nuwe etsproses ontdek waarin die kunswerk in die gietstuk ingeëts is wat beteken het dat wanneer die gietstuk uit die gietvorm verwyder is, die beeld reeds op die oppervlak van die glas agtergelaat is. Hierdie tegniek het vervaardigingskostne baie verminder en dit het saam met die groter verskeidenheid gekleurde glas gelei tot goedkoop glasware in die 1930's.
Glasgereedskap

Aangesien glas 'n sterk onreaktiewe materiaal is, is dit ook 'n baie nuttige materiaal. Baie huishoudelike goedere word van glas gemaak. Drinkglase, bakke en bottels, gloeilampe, spieëls, die buise in rekenaar- en televisieskerms asook vensterglas is van die vele goedere wat van glas gemaak word. In laboratoriums waar navorsing in chemie, biologie en fisika en vele ander vakgebiede gedoen word, word flesse, proefbuise, lense en ander laboratoriumtoerusting dikwels uit glas vervaardig. Vir sulke toepassings word boorsilikaatglas (soos Pyrex) gewoonlik gebruik as gevolg van die hoë sterkte en lae termiese uitsettingskoëffisiënt, wat daaraan 'n groter weerstand teen termiese skok verleen en daar groter akkuraatheid in laboratorium-metings tydens verhittings- en verkoelingseksperimente verkry word. Vir veeleisende toepassings word kwartsglas gebruik ten spyte van die moeilike bewerkbaarheid daarvan. Die meeste glas word deesdae op groot skaal geproduseer in 'n verskeidenheid industriële prosesse, maar die meeste groot laboratoriums het nog steeds 'n behoefte aan pasgemaakte glasware en daarom het hulle dikwels glasblasers op hul personeel.
Glaskuns

Selfs al is glasware deesdae algemeen, bly handgeblaasde of lampverwerkte glasware steeds gewild in die kunste. Bekende kunstenaars wat met glas werk is Lino Tagliapietra, Sindney Waugh, Rene Lalique, Dale Chihuly en Louis Comfort Tiffany. Die term kristalglas wat afkomstig is van rotskristal verwys deesdae na 'n hoëgraad kleurlose glas wat dikwels lood bevat en word ook dikwels gebruik om te verwys na fyn, handgeblaasde glas.

Daar bestaan baie tegnieke vir die skep van glaskuns; elke tegniek is hoofsaaklik afhanklik van die soort voorwerp wat geskep word. Kunsartikels wat uit glas vervaardig word sluit bakke, blompotte en ander houers, papiergewigte, albasters, krale en beeldhouwerke in. Gekleurde glas word dikwels gebruik en die glas word soms ook geverf. Die Talana-museum in Dundee in Kwazulu-Natal het 'n versameling kunsglasartikels. Brandskilderglas is 'n kunsvorm met 'n baie lang geskiedenis en brandskilderglasvensters kan in baie antieke kerke gevind word.
Bronne

* Helmuth Schneider: Einführung in die antike Technikgeschichte. Darmstadt 1992: Wissenschaftliche Buchgesellschaft
Verwysings
Eksterne skakels

* Romeinse diatreetglas uit die Romeins-Germaanse museum in Keulen (Duitsland)
* Romeinse diatreetglas uit die Rynlandse museum in Trier (Duitsland)


Kategorie:Materiale