Staklo

Staklo je amorfni (nekristalni) tvrdi materijal obično izbrušen i providan, napravljen u najvećem delu od silicijuma i baza spojenih na visokoj temperaturi. Staklo je homogena amorfna, izotropna, providna, čvrsta i krta materija u metastabilnom stanju nastala hlađenjem i zagrevanjem. Sadrži najčešće silicijumski pesak, sodu, okside alkalnih metala i krečnjak. To je biološki neaktivni materijal. Staklo je transparentno providno za vidljivo svetlo (postoji i neprovidno staklo). Obično staklo ne propušta svetlo malih talasnih dužina jer sadrži primese.
 
Najpoznatiji i istorijski najstariji tipovi stakla su bazirani na hemijskom jedinjenju silicijum dioksid, primarnom sastojku peska. Široko korišćeni termin staklo se obično koristi samo za taj tip materijala. Staklo je poznato po svojoj upotrebi za prozorska stakla i staklene boce. Postoje mnogobrojni tipovi stakla baziranog na silicijum-dioksidu. Obično staklo za prozore i flaše je specifični tip sodno-krečnog stakla. Ono se sastoji od aproksimativno 75% silicijum dioksida (SiO2), natrijum oksida (Na2O) iz natrijum karbonata (Na2CO3), kalcijum oksida, takođe poznatog kao kreč (CaO), i nekoliko manjih aditiva. Veoma prozirno i trajno kvarcno staklo može da bude napravljeno od čistog silicijum dioksida. Drugi sastojici se koriste da bi se poboljšala temperaturna obradivost produkta.

Mnogobrojni oblici primene silikatnog stakla počivaju na njegovoj optičkoj prozirnosti, koja omogučava jednu od primarnih upotreba silikatnog stakla kao prozorska okna. Staklo može da reflektuje i refraktuje svetlost. Ta svojstva se mogu pospešiti sečenjem i poliranjem, čime se formiraju optička sočiva, prizme, fini stakleni predmeti, i optička vlakna za prenos podataka velikim brzinama pomoću svetlosti. Staklo može da bude obojeno dodavanjem metalnih soli, a može i da bude obojeno po površini. Ta svojstva su dovela do ekstenzivne upotrebe stakla u proizvodnji umetničkih predmeta, a posebno vitraža. Mada je krto, silikatno staklo je izuzetno izdržljivo, i postoji mnoštvo primera staklenih fragmenata iz ranih kultura u kojima je pravljeno staklo. Pošto se staklo može izliti u bilo koji oblik, kao i zato što je sterilan proizvod, ono se tradicionalno koristilo za sudove: činije, vaze, flaše, tegle i čaše za piće. U većini svojih čvrstih formi ono je takođe korišćeno kao pritiskivač za hartiju, klikere, i perle. Kada se ekstrudira kao staklena vlakna i utre kao staklena vuna na takav načih za zarobljava vazduh, ono postaje termalni izolacioni materijal, a kad se ta staklena vlakna ugrade u organsku polimernu plastiku, ona su ključna strukturna pojačavačka komponenta kompozitnog materijala fiberglasa.

U nauci, termin staklo se često definiše u širem smislu, tako da obuhvata svaki čvrsti materijal koji poseduje nekristalnu (i.e. amorfnu) strukturu na atomskoj skali i koji ispoljava staklenu tranziciju pri zagrevanju do tečnog stanja. Stoga su porcelani i mnoge polimerne termoplastike, koje često sreću u dnevnoj upotrevi, isto tako fizička stakla. Te vrste stakla mogu da budu napravljene od veoma različitih vrsta materijala: metalnih legura, jonskih rastopa, vodenih rastvora, i polimera. U mnogim oblicima primene (flaše, naočare) polimerna stakla (akrilno staklo, polikarbonat, polietilentereftalat) su laganije alternative tradicionalnog silicijumskog stakla.

Venecija je jedan od napoznatijih gradova po pravljenju predmeta od stakla. Veoma vešti i uvežbani umetnici koji prave različite predmete od stakla objašnjavaju da ovom profesijom se treba veoma dugo baviti da bi se dostigla savršena veština i umeće. U Veneciji se nalazi više od dve stotine radnji i oko tri stotine radionica koje prodaju i proizvode staklo, počev od ogromnih vaza do minijaturnih figura različitih boja.

Istorija 

Staklo se nalazilo i u prirodi i stvara se u vulkanskim aktivnostima. Drugi oblik prirodnog stakla nastaje udarom groma u silicijumski pesak. Prirodno stvoreno staklo se, u kamenom dobu, koristilo za izradu oštrog oružja.

Njegova izrada otkrivena je oko 3.000. godine p. n. e. u Egiptu. U početku tehnologija nije omogućavala proizvodnju čistoga stakla, pa se u starom Egiptu upotrebljavalo uglavnom za proizvodnju ukrasa,  a u antičkoj Grčkoj i starom Rimu su se proizvodile posude od stakla. Od XI veka se od stakla proizvodi i nakit. Dalje ,tokom vekova, staklo dobija sve veću primenu u raznim oblastima, pa i u umetnosti. Na njemu se slika, od njega se prave skulpture i oblikuju razni ukrasni i korisni predmeti, a u arhitekturi se došlo do toga da se zidovi čitavih zgrada prave od stakla.

Stari vijek 

U starom vijeku od 15. do 2. stoljeća prije Krista prvo u Egiptu i Mezopotamiji kasnije u Rimskom Carstvu za proizvodnju staklenih predmeta koristile su se tehnike nanošenja stakla oko pješčane jezgre (proizvodile su se malene posude) i lijevanja u kalupe i prešanja staklene sirovine (proizvodio se nakit ili ukrasi na zgradama). Predmeti od stakla izrađivali su se mukotrpno i bili su dostupni samo najbogatijima. Tehnika prešanja svoju široku primjenu nalašla je u kasnoantičkoj izradi prozorskih stakala, a vrhunac tehnike je bilo mozaičko staklo za ukrašavanje prozora. 
Izum lule za puhanje stakla (duga željezna šipka kojoj se jedan kraj zagrijavao do žarenja i potom umakao u žitku staklenu masu u staklarskoj peći) dva stoljeća prije Krista omogućio je tehnološki napredak, masovniju i jeftiniju proizvodnju. Staklo se puhalo slobodno (što je omogućavalo stvaranje velikog broja različitih i unikatnih oblika) i u kalup (što je omogućavalo stvaranje reljefnih ukrasa i žigova). U doba cara Augusta gradile su se brojne radionice i staklo je postalo dostupno svim slojevima društva. Koristilo se u domaćinstvu: šalice, plitice, tanjuri, zdjelice, boce, vrčevi, čaše raznih oblika i veličina. Usporedno s razvojem tehnike izrade stakla razvile su se i tehnike slikanja emajlom, graviranja, brušenja, aplicirane dekoracije i reljefne aplikacije te dekoracije s uleknućima i granuliranjem.

Propašću Rimskog Carstva propale su i staklarske radionice. U bivšim rimskim kolonijama Galiji i Germaniji staklo se proizvodilo i dalje, ali mu je kvaliteta bila skromna.

Staklarske radionice na prostoru Hrvatske arheološki su dokumentirane u antičkoj Sisciji i Saloni. U Sisciji je otkrivena je staklača (sirovina za izradu stakla) i staklarska peć a u Saloni su poznata i imena staklara. Pretpostavlja da su postojale (obilje antičkih staklenih izrađevina raznih tipova i oblika) staklarske radionice u Iaderu (Zadru), Aneoni (Ninu) i Asseriji (Podgrađu kod Benkovca). Na brodu potonulom kod Mljeta pronađena je staklena sirovina.

Srednji vijek 

U srednjem vijeku cijenjene su bile samostanske radionice širom Europe u kojima se izrađivalo šareno staklo za crkvene prozore i staklo koje imitira drago kamenje za ukrašavanje zlatarskih proizvoda. Padom Carigrada 1204. bizantski proizvođači stakla našli su azil u Veneciji, do tada skromnom središtu europskog staklarstva. Uveli su monopol u proizvodnji luksuznog stakla koji se sve do danas štiti strogim zakonima.

Novi vijek 

Od 14. stoljeća počelo se izrađivati i obično prozorsko staklo. Oko 1600. središte staklarske proizvodnje preselilo se u Prag gdje se obnovila i dalje i razvijala tehnika dvostrukog stakla. Pojavili su se masivni barokni oblici i potisnuli sve dotadašnje. Proizvodnja potpuno prozirnog stakla (bez mjehurića i vlakanaca) omogućila je izradu leća i izume mikroskopa i teleskopa.
Proizvodnja i primjena stakla naglo je porasla potkraj 18. stoljeća kada je pronađen jeftin postupak za dobivanje važne sirovine (natrijeva karbonata).

Friedrich Siemens, 1867. na svjetskoj izložbi u Parizu dobio zlatnu medalju za svoju staklarsku peć. Michael Joseph Owens je 1903. izumio prvi automatski stroj za puhanje stakla (proizvodio je 9 boca u minuti). Zahvaljujući Owensovu izumu, počele su se graditi automatizirane staklane.
U Hrvatskoj je prva poznata manufaktura stakla radila 1728–1735. nedaleko od Crnoga Luga u Gorskom kotaru, a 1764. osnovana je staklana u Sušici kraj Ravne Gore. U 18. i 19. stoljeću radile su staklane u Mrzloj Vodici u Gorskom kotaru, u Zvečevu, Ivanovu Polju kraj Daruvara, Humu na Sutli i dr.

Sastav, svojstva i dobivanje 

Staklo je materijal koji se ne nalazi u prirodi. Iako poznato i korišteno od davnina i danas je nezamjenjiv materijal u svakodnevnom životu.
Staklo se dobiva taljenjem osnovnih sirovina: kvarcnog pijeska, sode i vapnenca. Čisti silicijev dioksid ima talište na 1700˚C, te bi bilo jako neekonomično taljenje ga na toj temperaturi.
Osnovnim sirovinama dodaje se i stakleni krš (oko 30%), jer ima niže talište od osnovnih sirovina, pa povećava brzinu staljivanja (taljenja). Time se uštedi oko 32% energije.

Glavne 3 sirovine za dobivanje natrijeva-kalcijeva-silikatnog stakla (Na2O x CaO x 6 SiO2) su:

Soda (Na2CO3; natrijev karbonat),
Vapnenac (CaCO3; kalcijev karbonat),
Kvarcni pijesak (SiO2; silicijev dioksid).

Dodavanjem sode snižava se talište na oko 1000˚ C, no time staklo postaje topljivo u vodi (vodeno staklo), pa se to spriječava dodavanjem vapnenca (koji otpuštanjem ugljikovog dioksida prelazi u kalcijev oksid - CaO).

Kemijski proces u proizvodnji običnog ili natrijeva stakla prikazujemo jednadžbom:

Na2CO3 + CaCO3 + 6 SiO2 --> Na2O x CaO x 6 SiO2 + 2 CO2

Staklo je pothlađena tekućina amorfnog sastava koja nema određeno talište, pa zagrijavanjem polako mekša, što omogućuje njegovu obradu puhanjem. Sastoji se od nepravilne mrežaste strukture djelomično spojenih SiO4 4- tetraedara.

Proizvodnja 
Staklo se proizvodi zagrevanjem i topljenjem u staklarskoj peći. Rezultat je amorfna materija koja se može formirati u različite oblike. Staklo je veoma krto i razbija se na oštre krhotine. Ove osobine mogu biti modifikovane dodavanjem primesa- najčešće oksida metala prilikom topljenja.

Staklo je pre svega sastavljeno od silicijumskog peska – silicijum oksida koji ima temperaturu topljenja od 2.000° C i zato mu se dodaju alkalne materije koje snižavaju temperaturu topljenja. Kako ovo smanjuje otpornost na vodu, dodaje se i oksid kalcijuma koji je povećava. Od osnovnih sirovina za izradu stakla priprema se smesa u prahu koja se topi u staklarskoj peći. Staklu se mogu dodavati primese koje ga boje, ili ga čine prozirnim odnosno neprozirnim.

Prilikom proizvodnje stakla dodaju se sljedeće dvije tvari koje olakšavaju izradu stakla:
 soda (natrijum karbonat – Na2CO3)
 kalcijum oksid: CaO

Dodavanjem sode snižava se tačka taljenja na oko 1000˚ C, no isto tako njegovim dodavanjem staklo postaje topivo u vodi. Zbog toga u već otopljeno staklo dodaje se kalcijum oksid koji vraća staklu njegovu netopivost u vodi.

Prerada stakla 
Tekući materijal se dalje prerađuje duvanjem stakla, presovanjem stakla, livenjem stakla ručno ili mašinskim putem i izvlačenjem stakla. Ovako nastali polutovari se mogu dalje prerađivati n. p. r. brušenjem, glačanjem i sl.

Staklo se može ukrašavati i ukrašavanje stakla je povereno likovnjacima koji imaju savršenu stručnu pripremu u preradi stakla. Izlazna tačka je umetnički crtež koji se prevodi u definitivni tehnički predlog i osnovnu tehničku formu novog proizvoda. U pećima gde se materijal prerađuje u ražeravljenom stanju uz toplotu, tako je poznato npr. kidano staklo. Tu dekor natraje tako da se staklo u razžeravljenom stanju uroni u vodu i ono popuca i stvara efekte a potom se ponovo zagreva da bi površina postala glatka. Mramorovano staklo nastaje kada se vruće staklo obavija malim komadićima stakla u boji koji se u jezgro zatave. Jedna od mogućnosti je obavijanje jezgra staklenim nitima u boji. Slojevito staklo je tehnika u pećima koja računa sa nekoliko slojeva stakla u boji koje se zatim tehnikom brušenja u hladnom stanju dalje prerađuju. Brušenje je tehnika prerade stakla u hladnom stanju i mogu se brusiti razne vrsta stakla kao olovno, bojeno i sl. Dalja tehnika je slikanje stakla koje se može izvoditi u toplom i hladnom stanju i slika se bojama koje nisu ništa drugo već lako rastopljivo staklo u koje se dodaju metalni oksidi. Ecovanje je takođe tehnika za dekoraciju stakla u hladnom stanju. Uzorci se ecuju u kupki sa kiselinom fluorovodoničkom koja raspušta staklo i intenzitet i dubina uzorka zavisi od koncentracije kiseline i vremena ecovanja. Poznata tehnika je i matiranje stakla. Matne površine se mogu stvarati ecovanjem sa kiselinama ili pastama ili peskarenjem u kojem se snažnom strujom peska deluje na staklo da bi se stvorile matirane površine a može se konačno i matirati staklena površina brušenjem pomoću raznih masa. U preradu stakla spada i metaliziranje stakla gde se tekući metali nanose slično kao kod oslikavanja stakla.

Treba reći i o značaju primeni stakla u monumentalnoj umetnosti- u arhitekturi građevina i prostora. Bojeni prozori su slike koje se sastavljalu iz bojenog stakla koje pored osnovne funkcije da propuštaju svetlo imaju i razne estatske funkcije. Zidne slike iz bojenih stakala su osnovi za mozaike.

Duvanje stakla 
Jedan od načina prerade stakla je duvanje stakla. Ručna izrada se sprovodi tako da staklar iz peći uzima sa cevčicom od oko 15 mm i dužine 120- 150 cm na kojoj je drveni rukohvat i metalni pisak, manju količinu staklene mase koju poravna i izduva i ostavi je malo da se ohladi i uzima dalju količinu staklene mase koju izravna u specijalnom alatu i duva i formira okretanjem i najzad se proizvod odeli od cevčice i odnosi u peć za hlađenje. Kasnije se proizvod još jedan put zagreje i dorađuje. Kod mašinske proizvodnje duvanje stakla se izvodi tako da rade mehanizmi i poluautomati ili punom automatizovanom proizvodnjom da bi se dobile odgovarajuće forme. Oba ova principa su prisutna kod proizvodnji sijalica ili flaša.

Vrste i upotreba

Staklo se upotrebljava u mnogim područjima:  građevinarstvu, prehrambenoj i elektroničkoj industriji, za izradu instrumenata i ukrasnih predmeta, itd. Iako se staklo proizvodilo od vremena starih Sumerana i Egipćana, bilo je skupocjeno do početka 20. stoljeća, dok Michael Owens nije izumio stroj za automatsku proizvodnju., nakon čega se  široko upotrebljava.

Osim osnovnih sirovina, u proizvodnji stakla često se rabe i sredstva za bojanje. To su najčešće metalni oksidi ili karbonati. Primjerice: kobaltno staklo je plave boje jer sadrži kobaltov(II) oksid (CoO), zelena boja boce je od željezova(III) oksida (koji je crvenkaste boje), a smeđa boja od barijeva oksida (koji je žute boje).

Obično staklo rabi se za izradu prozorskih stakala, zatim kao staklo za ogledala i razno stakleno posuđe. Sastav mu približno određuje formula Na2O x CaO x 6 SiO2. Takvo prozorsko staklo se rabi od 18. stoljeća.
Kristalno staklo je najpoznatije i dobije se ako se kalcijev oksid djelomično zamjeni olovnim(II) oksidom (PbO). Teško olovno staklo ima veliki indeks loma svjetlosti, pa se rabi za izradu leća, kristalnih čaša, vaza i drugog.
Vatrostalno (natrijevo borosilikatno) staklo se rabi u kemijskom laboratoriju, neosjetljivo na promjene temperature i kemijske reagense.
Kvarcno je staklo otporno na brze promjene temperature, a izrađeno od čistog silicijeva dioksida. Upotrebljava se za izradu kemijskog pribora koji mora podnijeti nagle promjene temperature (npr. lončići koji su otporni na brze promjene temperature), a kako propušta ultraljubičasto zračenje, upotrebljava se i u kvarcnim svjetiljkama. Napravljeno je od čistog SiO2.

Staklo kao medijum u umetnosti 
 

Zbog svoje transparentnosti staklo je ,kao materijal za izradu trodimenzionalne umetnosti,jako popularno. Skulpturu izrađenu od stakla više ne određuje samo njena masa, već i svetlost koja prolazi kroz nju ili boje koje ona može da primi iz okoline. Pored transparentnosti, staklo poseduje i osobinu lakog oblikovanja.
Može se prerađivati na više načina : duvanjem, livenjem, izvlačenjem ( ručno ili mašinskim putem ). Ovako prerađena stakla se mogu dalje prerađivati brušenjem, glačanjem i sl.

Osim skulptura savremene umetnosti, od stakla se danas proizvode i razni predmeti, mada se stakleni predmeti (satovi,lusteri,staklene lampe,vaze,činije,flašice za parfeme) više cene zbog svoje lepote nego zbog svoje upotrebne vrednosti. Od stakla se izrađuju i ukrasi - minijature i nakit, a mnogi poznati umetnici i dizajneri  koristili su staklo u svojim delima (Vjenceslav Richter, Emile Galle, Rene Lalique).

Sastav nekih najčešćih vrsta stakla

Optičko staklo: 69% SiO2, 12% CaO, 6% Na2O, 0,3% B2O3 i 12% K2O.
Alumosilikatno staklo: 55% SiO2, 15% CaO, 20% Al2O3 i 10% MgO.
Vatrostalno staklo (borosilikatno staklo): 76 % SiO2, 3% CaO, 5% Na2O, 13% B2O3, 2% Al2O3 i 12% K2O.
Prozorsko staklo (natrijevo staklo): 72 % SiO2, 11% CaO, 13% Na2O, 0,3 % Al2O3 i 3,8% K2O.

Recikliranje

Energija koja se uštedi recikliranjem jedne staklene boce dovoljna je da žarulja od 100W svijetli 4 sata. Staklo proizvedeno od recikliranog stakla smanjuje onečišćenje zraka u procesu proizvodnje za 20%, a onečišćenje vode za 50%.

Iskorištenu staklenu ambalažu valja skupljati jer je pogodna za recikliranje. Može se u potpunosti reciklirati i koristiti kao isključiva sirovina za proizvodnju novih predmeta od stakla i time se smanjuje onečišćenje zraka u procesu proizvodnje za 20%, a onečišćenje vode za 50%.

Vidite još 
 Vitraž
 Mozaik
 Konzervacija stakla

Reference

Literatura 

 Prehledny kulturni slovnik Mlada Fronta, Praha 1964.
 
 
 Noel C. Stokes; The Glass and Glazing Handbook; Standards Australia; SAA HB125–1998
  (reprinted by R&D Magazine)
 Stookey, D. Donald. Explorations in Glass: An Autobiography. Wiley, 2000. 
 Vogel, Werner. Chemistry of Glass. Wiley, 1985. 
 Udžbenik za treći razred gimnazije „Anorganska kemija“, Sandra Habuš – Dubravka Stričević – Vera Tomašić. Izdavač: PROFIL INTERNATIONAL, tisak: tiskara Meić, Uporabu udžbenika odobrilo je Ministarstvo prosvjete i športa Republike Hrvatske rješenjem KLASA: *, od 3. Srpnja 1998.g..

 G.H. Frischat: Glas - Struktur und Eigenschaften, Chemie in unserer Zeit, 11. Jahrg. 1977, Nr. 3, S. 65–74, 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Jürgen Dispan (2013): Glasindustrie in Deutschland. Branchenreport 2013. Stuttgart (= IMU-Informationsdienst Nr. 3-2013). Link zur Branchenstudie 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Glas in: Hans-Herbert Möller (Hrsg.): Restaurierung von Kulturdenkmalen. Beispiele aus der niedersächsischen Denkmalpflege (= Berichte zur Denkmalpflege, Beiheft 2), Niedersächsisches Landesverwaltungsamt – Institut für Denkmalpflege, Hameln: Niemeyer, 1989, , S. 405–424

Spoljašnje veze 

 Glass Encyclopedia - A comprehensive guide to all types of antique and collectable glass, with information, pictures and references
 Free information and articles about Designer Glassware, Vintage Art Glass, Depression Glass & Collectible Glass | JustGlass-Online.com
 The Canadian Museum of Civilization - The Story of Glass Making in Canada
 Corning Museum of Glass
 A comprehensive guide to art glass and crystal around the world
 Working Description Furnace & Moleria - Murano Glass
 Informative website about the glass industry
 Substances used in the Making of Colored Glass 
 Glass property measurement and calculation
 Almost 400 articles and images about glass (mostly art glass)
 Dual personality of glass explained at last  - New Scientist, 22 June 2008
  "How Your Glass Ware Is Made"  by George W. Waltz, February 1951, Popular Science.
 All About Glass from the Corning Museum of Glass: a collection of articles, multimedia, and virtual books all about glass, including the Glass Dictionary.
 Wie wurde das Glas erfunden? (PDF; 60 kB) Originaltext von Plinius der Ältere zur Entdeckung des Glases (mit deutscher Übersetzung von Wolfgang Kilb).
 Werkstoffe – Glas. In: Planet Wissen. Abgerufen am 1. Juli 2010 (Artikel und Videos zu den Themen: Geschichte und Herstellung von Glas).
 glasrepliken.de speziell über römisches Glas und seine Herstellung in Antike und Replik. Abgerufen am 6. Mai 2009
 Martin Weiß (Hrsg.): vitrum – das Glas der Antike. Abgerufen am 8. März 2012.
 Mathias Hennies: Glashandel an der Seidenstraße. Gemeinsames Forschungsprojekt von deutschen und chinesischen Archäologen. In: Studiozeit. Aus Kultur- und Sozialwissenschaften. Deutschlandfunk, 26. Feb. 2009, Abgerufen am 26. Feb. 2009.
 Rudolf Bergmann: Historische Glaserzeugung in Westfalen . In: Geographische Kommission für Westfalen (Hrsg.): Westfalen regional – die landeskundliche Online-Dokumentation über Westfalen. Münster 2009
 Geschichte der Glasherstellung auf Murano, Beschreibung der unterschiedlichen Techniken, Künstler, ... 

Materijali
Građevinski materijali
Ambalažni materijali