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Titel
Glas
[* 2] (hierzu die Tafeln »Glasfabrikation [* 3] I u. II«),
eine durch Schmelzen erzeugte, bei hoher Temperatur dünnflüssige, beim Erkalten allmählich aus dem zähflüssigen in den starren Zustand übergehende, vollständig amorphe Masse, welche aus Verbindungen der Kieselsäure mit mindestens zwei Basen besteht und in Wasser unlöslich ist. Der Begriff des Glases ist keineswegs ein nur chemischer; es gibt sehr viele Verbindungen von Kieselsäure mit mehr als einer Base, welche darum durchaus nicht Glas sind. Zum Begriff des Glases gehört vielmehr auch die physikalische Beschaffenheit, der vollkommen amorphe Zustand, mit welchem die Substanz auch den Charakter des Glases vollständig verliert. Die verschiedenen Glassorten sind auch keine chemischen Verbindungen; sie enthalten allerdings bestimmte Kieselsäuresalze, diese aber besitzen in hohem Grade die Eigenschaft, im feurigen Fluß einander aufzulösen und in diesem Zustand des gleichförmigen Gemenges zu erstarren; selbst völlig heterogene Körper können in das Glas eingehen, ohne daß dadurch seine wesentlichen ¶
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Eigenschaften gestört werden. Die nähere Beschaffenheit des Glases aber hängt, wie bei den meisten chemischen Verbindungen und Gemengen, von der Natur der Bestandteile ab. Als wesentliche Bestandteile sind Kieselsäure, ein Alkali (Kali oder Natron) und Kalk zu betrachten; doch wird die Kieselsäure bisweilen zum Teil durch Borsäure oder Fluor vertreten, und neben den genannten Basen kommen auch Baryt, Bleioxyd, Wismutoxyd und als zufällige Beimengungen Magnesia, Thonerde, Eisen- und Manganoxyde vor. Für ganz bestimmte Zwecke, namentlich zur Färbung der Gläser, werden auch Verbindungen andrer Metalle eingeführt.
Eigenschaften.
Das spezifische Gewicht des Glases schwankt für Alkalikalkgläser zwischen 2,4 und 2,6; bei Alkalibarytgläsern steigt es auf 2,9, bei Alkalibleigläsern auf 3,0 bis 3,8. Manche Gläser werden schon beim gewöhnlichen Gebrauch kantenstumpf und blind, andre werden nur schwer von guten Feilen angegriffen. Im allgemeinen steigt die Härte mit dem Gehalt an Kieselsäure und wird am meisten durch Alkalien und Bleioxyd beeinträchtigt. Stets ist die Oberfläche des Glases, welche sich beim Erstarren desselben bildet, härter als die nach deren Entfernung durch Schleifen erzeugte Oberfläche, überhaupt als das Innere der Glasmasse.
Der Widerstand gegen das Zerdrücken ist beim Glas sehr bedeutend; auffallend geringer ist der gegen das Zerreißen. Die Sprödigkeit nimmt mit der Dicke des Glases rasch ab, und ganz dünne Blättchen und Fäden sind ausgezeichnet elastisch und biegsam (s. Glasspinnerei). Eine und dieselbe Glassorte ist um so spröder, je schneller die Masse abgekühlt wurde. Läßt man geschmolzenes in kaltes Wasser tropfen, so zeigen die einzelnen erstarrten, in eine lange Spitze auslaufenden Tropfen (Glasthränen) große Härte; doch genügt das Abbrechen der äußersten dünnen Spitze, um sie vollständig in Staub zerfallen zu machen.
Ebenso genügt bei den dickwandigen, in der Luft schnell abgekühlten Bologneser Fläschchen das Schütteln mit einem scharfen Quarzsplitter, um das Gefäß [* 5] zu zersprengen. Man nimmt an, daß bei der schnellen Abkühlung infolge der frühzeitigen Erstarrung der Oberfläche das noch nicht erstarrte Innere eine Spannung seiner kleinsten Teile erleidet und infolge derselben durch die geringste Erschütterung den Zusammenhang verliert. Kühlt man dagegen langsam ab, so finden die einzelnen Schichten und ihre kleinsten Teilchen Zeit, sich einer festerm Zusammenhang entsprechenden Anordnung zu fügen.
Hierauf beruht der in den Glashütten übliche Kühlprozeß, durch welchen namentlich dickere Gläser erst für den Gebrauch tauglich werden. Bei einer besondern Leitung des Kühlprozesses entsteht das sogen. Hartglas, welches ungewöhnliche Härte, Festigkeit, [* 6] Elastizität, namentlich auch große Widerstandsfähigkeit gegen Temperaturwechsel besitzt. Letzterm erliegt auch das bestgekühlte Glas sehr leicht, indem sich Sprödigkeit und geringes Wärmeleitungsvermögen vereinigen; die erhitzte Stelle dehnt sich aus, die nahe angrenzenden, kalt gebliebenen Stellen geben nicht nach, und so entsteht der Bruch.
Ebenso wie für die Wärme [* 7] ist das auch für die Elektrizität [* 8] ein schlechter Leiter. Der Glanz wird nur zum Teil durch die Zusammensetzung bedingt, er ist großenteils abhängig von besondern Verhältnissen bei der Fabrikation. Das Lichtbrechungsvermögen ist bei Bleiglas viel größer als bei gewöhnlichem Glas, am stärksten bei Gläsern, welche statt des Bleies Wismut und statt des Kalis Thalliumoxyd enthalten. Derartige Gläser zeigen im geschliffenen Zustand prachtvollstes Farbenspiel. In hinreichend dicken Schichten besitzt jedes Glas einen deutlichen Farbenton.
Kieselsäure, Kalk, Bittererde, Baryt färben am wenigsten, die Alkalien, besonders Natron, viel mehr und am stärksten die Schwermetalle, von denen nur Bleioxyd und Wismutoxyd farbloses Glas liefern. Vollkommen farbloses Glas herzustellen, ist sehr schwer, weil sich fast unvermeidlich färbende Verbindungen, namentlich Oxyde des Eisens, mit den Rohmaterialien einschleichen und Schwefelmetalle (besonders Schwefelnatrium) beim Schmelzen des Glases entstehen. Man erkennt die Farbe des Glases am Tafelglas, wenn man auf die hohe Kante desselben sieht; aber diese Farbe verändert sich fast stets nach längerer oder kürzerer Zeit unter dem Einfluß des Lichts und kehrt nur beim Ausglühen oder Umschmelzen zurück. Mit Braunstein als Entfärbungsmittel geschmolzenes Glas wird am Licht [* 9] sehr deutlich violett.
Beim Erhitzen geht das Glas sehr allmählich aus dem festen in den flüssigen Zustand über; es läßt sich etwa beim Eintritt der Glühhitze biegen und ausziehen, bei beginnender Rotglut durch Eintreiben von Luft aufblasen und zu den feinsten Fäden spinnen (s. Glasspinnerei), auch kneten und schweißen; bei voller Rotglut neigt es zum Abtropfen und wird dann flüssig, aber auch bei Weißglut behält es die Konsistenz eines dünnen Sirups. Kieselsäure macht das Glas strengflüssig; durch Basen, besonders durch Bleioxyd, am wenigsten durch alkalische Erden, wird es leichtflüssiger, ebenso durch Borsäure und Fluor, die einen Teil der Kieselsäure ersetzen können.
Erhält man Glas längere Zeit auf der Temperatur, bei welcher es erweicht, so tritt Entglasung [* 10] ein, und es verwandelt sich in eine undurchsichtige kristallinische, steinartige, sehr feste, wenig spröde Masse (Réaumurs Porzellan). Gegen chemische Agentien verhält sich Glas mit seiner natürlichen, im Feuer gebildeten Oberfläche viel widerstandsfähiger als nach Bloßlegung des Innern durch Schleifen etc. Wasser greift bei anhaltendem Kochen das Glas mehr oder weniger an; Glaspulver reagiert meist sofort nach dem Befeuchten mit Wasser alkalisch und wird beim Kochen mit letzterm stark zersetzt, besonders bei Anwendung von Hochdruck. In feuchten Räumen bedeckt sich Glas meist mit einem irisierenden Häutchen, welches aus Kieselsäure besteht und daher mit Kalilauge abgewaschen werden kann. Je nach der Zusammensetzung des Glases erfolgt die Zersetzung mehr oder weniger schnell und vollständig.
Manche Glassorten erblinden sehr leicht und bedecken sich entweder mit leichtem Tau (hygroskopischen Kalisalzen) oder mit feinem Pulver (nicht hygroskopischen Natronsalzen). Um zu erkennen, ob ein in verhältnismäßig kurzer Zeit erblinden wird oder nicht (namentlich wichtig für optische Gläser), setzt man es sorgfältig gereinigt bei gewöhnlicher Temperatur der Einwirkung von Salzsäuredämpfen aus, indem man es unter einer Glasglocke 24-30 Stunden auf einer Schale, die rohe Salzsäure enthält, liegen läßt.
Dann bringt man es in einen verschließbaren Schrank [* 11] und läßt es wieder 24 Stunden stehen. Hierbei ist jede Spur Ammoniak oder Staub höchst sorgfältig abzuhalten. Zeigt sich nun ein zarter, weißer Beschlag, der sich leicht abwischen läßt, so sind die Gläser verwerflich. Bemerkt man im durchgehenden Licht keinen Beschlag, so betrachtet man das Glas im schräg auffallenden Licht und zieht mit einer abgerundeten Messerschärfe einen Strich darüber. Hierbei wird auch der leiseste Anflug sichtbar, aber gutes Glas erweist sich stets vollkommen klar. Ist der Anflug ¶
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sehr stark, so eignet sich das Glas kaum zu Fensterscheiben. Bleiglas ist leichter zersetzbar als Kalkalkaliglas. Intensiver als durch Wasser wird Glas durch Säuren und namentlich durch ätzende Alkalien zersetzt. Auch Ammoniaksalze mit starken Mineralsäuren greifen das an; kohlensaures Natron verstärkt den Angriff des Wassers, ebenso kohlensaures Ammoniak (Fensterscheiben in Ställen). Am leichtesten wird Glas durch Fluorwasserstoffsäure zersetzt. Die größte Widerstandsfähigkeit entsteht nicht durch Vorwalten irgend eines Bestandteils, sondern durch ein richtiges Verhältnis aller Bestandteile zu einander.
Zusammensetzung.
Die Gläser des Handels zeigen ungemein abweichende Verhältnisse der Bestandteile; scheidet man aber die notorisch schlechten Gläser und die ordinären Bouteillengläser aus, so ergeben die Alkalikalkgläser schon eine größere Übereinstimmung. Man hat von denselben zwei Gruppen zu unterscheiden: kalkreiche, zu denen besonders die besten Tafelgläser gehören, und alkalireiche mit oft höherm Kieselsäuregehalt, zu welchen die antiken Gläser, ein großer Teil des modernen weißen und halbweißen Hohlglases sowie namentlich älteres Spiegel- und Fensterglas zu zählen sind.
Die Tafelglashütten sind in neuerer Zeit fast überall zur Fabrikation kalkreichen Glases geschritten, weil solches größere Härte, Elastizität, schönern Glanz, größere Widerstandsfähigkeit gegen die atmosphärischen Einflüsse zeigt, auch vermöge des allmählichen Erstarrens vortreffliche Bildsamkeit besitzt. Die mittlere Zusammensetzung des guten Kalknatronglases ist etwa 75,4 Proz. Kieselsäure, 11,8 Proz. Natron, 12,8 Proz. Kalk, und man kann annehmen, daß die Zusammensetzung in der Praxis im wesentlichen schwankt zwischen Na2O, CaO, 6SiO2 und 5Na2O, 7CaO, 36SiO2 ^[Na2O, CaO, 6SiO2 und 5Na2O, 7CaO, 36SiO2].
Gleiches gilt für die Kalikalkgläser (71,1 Proz. Kieselsäure, 16,9 Proz. Kali, 12,0 Proz. Kalk) und für die Bleigläser, in denen PbO an die Stelle von CaO tritt (52 Proz. Kieselsäure, 12,8 Proz. Kali, 35,2 Proz. Bleioxyd). Nur die optischen Alkalibleigläser sind reicher an Bleioxyd, während der sogen. Halbkristall, ein Natronkalkbleiglas (etwa 56 Proz. Kieselsäure, 8,9 Proz. Natron, 2,6 Proz. Kalk, 32,5 Proz. Bleioxyd), sich wieder obiger Zusammensetzung anschließt, wenn man für den Kalk die äquivalente Menge Bleioxyd dem an letzterm bereits vorhandenen zuzählt.
Nach ihrer chemischen Zusammensetzung kann man die Gläser des Handels in vier Gruppen ordnen:
1) Kalikalkglas oder böhmisches Kristallglas, vollkommen farblos, äußerst strengflüssig, hart, durch chemische Beständigkeit ausgezeichnet. Das Spiegelglas ist häufig ein Gemisch von dieser Glassorte mit der folgenden.
2) Natronkalkglas, französisches Glas, Fensterglas, bläulichgrün, etwas härter als das vorige, weniger strengflüssig. Hierher gehört das zu optischen Zwecken dienende Crown- oder Kronglas.
3) Kalibleiglas, Kristall- oder Klingglas, ist weich, leicht schmelzbar, ausgezeichnet durch hohes spezifisches Gewicht, Farblosigkeit, Glanz, Lichtbrechungsvermögen und schönen Klang. Hierher gehören das Flintglas, welches noch reicher an Blei [* 13] ist, zuweilen auch Wismut und Borsäure enthält, und der Straß, die Grundlage der künstlichen Edelsteine. [* 14] Eine Zwischenstellung nimmt der Halbkristall ein, welcher Kalk, Blei und Natron enthält.
4) Aluminiumkalkalkaliglas, Bouteillenglas, Buttelglas, mit geringem Alkaligehalt, enthält öfters beträchtliche Mengen von Eisen [* 15] und Mangan und an Stelle des Kalks oft Magnesia; es ist rötlich gelb oder dunkelgrün.
Fabrikation des Glases.
(Vgl. die Tafeln »Glasfabrikation I u. II«.)
Als Rohmaterialien benutzt die Glasfabrikation zur Beschaffung der Kieselsäure meist möglichst eisenfreien Sand, welcher gewaschen und in Flammöfen geglüht wird, außerdem Feuerstein, Quarz und Quarzfels, den man nach der Handscheidung glüht, in Wasser abschreckt und zerkleinert. Kali liefert Pottasche, selten Weinstein und schwefelsaures Kali. Von Natronsalzen verwendet man Soda, schwefelsaures Natron mit 6-8 Proz. Kohle, um schwefligsaures Natron zu bilden, welches durch Kieselsäure leichter zersetzt wird, dann Kochsalz, welches durch Glühen mit Kieselsäure im Dampfstrom zunächst in kieselsaures Natron verwandelt wird, seltener Natronsalpeter.
Die Natronsalze gewähren Vorteile, weil sie billiger sind und überdies 10 Teile kohlensaures Natron 13 Teilen kohlensaurem Kali entsprechen. Kalk verwendet man in Form von Marmor, Kreide, [* 16] Kalkstein, seltener Wollastonit (kieselsaurer Kalk). Phosphorsaurer Kalk (gebrannte Knochen [* 17] oder Bakerguano) dient zur Darstellung von Milchglas, ebenso Flußspat [* 18] und das bei der Verarbeitung von Kryolith abfallende Fluorcalcium. Magnesia findet sich mehrfach in Dolomiten und in manchen Silikaten als ein für die Glasindustrie unliebsamer Begleiter des Kalks, sie erhöht die Schwerschmelzbarkeit des Glases.
Baryt (kohlensauren und schwefelsauren, letztern mit Kohle) schätzt man als erweichenden, das spezifische Gewicht und den Glanz des Glases erhöhenden Zuschlag. Thonerde wird nur in Form von Kryolith oder Natronaluminat, welches aus letzterm dargestellt wird, dem Glas direkt zugesetzt; namentlich ist das Kryolithglas oder Hot-cast porcelain der Amerikaner reich an Thonerde; ein geringer Thonerdegehalt findet sich infolge des Abschmelzens der Häfen in allen Gläsern.
Ordinäres Flaschenglas stellt man aus unreinem Sand mit Mergel und Lehm, Holz- und Torfasche, Seifensiederäscher, Feldspat, Pechstein, Amphibol, Phonolith, Basalt, Lava, trachytischen Gesteinen, Hochofen- und Eisenfrischschlacken dar. Granit wird unter Zuschlag von Baryt zu Bouteillenglas verschmolzen, und Feldspat gibt mit Bleioxyd sehr brauchbares Glas Borsäure (Borax) [* 19] dient als teilweises Ersatzmittel der Kieselsäure, sie erhöht die Schmelzbarkeit, den Glanz und ist ein treffliches Mittel gegen das Entglasen. Bleioxyd wird gewöhnlich in Form von Mennige angewandt. Auch Zinkoxyd und Wismutoxyd werden bisweilen benutzt.
Zur Darstellung von farblosem Glas dienen gewisse Entfärbungsmittel (Glasmacherseifen), die auf verschiedene Weise wirken. Der Braunstein (Mangansuperoxyd) bildet in der Glasmasse kieselsaures Manganoxydul, welches amethystrot färbt und dadurch die grünliche Färbung durch kieselsaures Eisenoxydul aufhebt und das Glas farblos macht. Sicherer wirkt Nickeloxydul, welches den Braunstein mehr und mehr verdrängt. Auch Antimonoxyd und Kobaltoxyd dienen als Entfärbungsmittel. Arsenige Säure, [* 20] welche am häufigsten angewandt wird, gibt im G. Sauerstoff ab, oxydiert Kohle, Schwefelnatrium, Eisenoxydul zu farblosen Verbindungen und erzeugt, indem sie oder das reduzierte Arsen sich in Dampf [* 21] verwandelt, eine starke Bewegung der Glasmasse. Das fertige Glas enhält in der Regel keine Spur von Arsen. Auch Mennige, Chilisalpeter und salpetersauren Baryt benutzt man als oxydierende Entfärbungsmittel.
Als Färbemittel dienen außer Braunstein u. Nickel (zum neutralen Grau des Glases für Schutzbrillen) ¶