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Titel
Glas,
[* 2] ein durch Schmelzung entstandenes amorphes Gemenge von
Verbindungen der
Kieselsäure mit Metalloxyden,
das bei Weißglut dünnflüssig wird, beim Erkalten wieder allmählich erhärtet und dann durchsichtig, durchscheinend oder
undurchsichtig sein kann, jedoch immer, sowohl an der Oberfläche als auf Bruchflächen, einen eigentümlichen
Glanz
(Glasglanz)
besitzt. Der Übergang von dem flüssigen zum festen Zustande erfolgt allmählich; das flüssige
Glas wird
mit abnehmender
Temperatur
immer dickflüssiger, zähe und plastisch, läßt sich zu
Faden
[* 3] ziehen und biegen, nimmt immer mehr
an Festigkeit
[* 4] zu, bis es schließlich erstarrt. Diese Eigenschaft des
Glas ermöglicht es, dasselbe in der verschiedenartigsten
Weise in heißem Zustande zu verarbeiten (Glasbläserei); sie bedingt auch, gepaart mit der Eigenschaft
der Durchsichtigkeit reinerer Glassorten, die Sonderstellung, welche dem Glas und seinen Produkten in der
Industrie zukommt.
I. Chemische [* 5] Zusammensetzung. Diese kann sich zwischen sehr weiten Grenzen [* 6] bewegen, ohne daß das geschmolzene Material seine wesentliche Eigenschaft, die Formbarkeit in der Hitze, verliert. Trotz der Möglichkeit, Silikate und selbst Borate aller Art wie Glas verarbeiten zu können, schwankt die Zusammensetzung von gutem, weißem Hohl-, Spiegel- und Tafelglas nur zwischen engen Grenzen, auf deren Umfang zwei Anforderungen bestimmend wirken: Widerstandsfähigkeit gegen atmosphärische Einflüsse einerseits, vollkommene Farblosigkeit oder Beherrschung der Farbe andererseits. Es hat sich ergeben, daß gutes wetterbeständiges Glas neben Kieselsäure als Hauptbestandteil mindestens zwei Metalloxyde und zwar das Oxyd eines Alkalimetalls und das eines Erdalkalimetalls enthalten müsse.
Das letztere kann aber auch durch Bleioxyd, Zinkoxyd, Wismutoxyd, unter Umständen auch durch Thonerde ersetzt werden. Die chem. Zusammensetzung von wetterbeständigem Glas kann annähernd durch die Formel R2O[I], RO[II], 6SiO2 ausgedrückt werden, worin R2O[I] das Oxyd eines einwertigen, RO[II] das eines zweiwertigen Metalls bedeuten. Glas dieser Zusammensetzung heißt Normalglas. Die Menge der Kieselsäure kann ohne Beeinträchtigung der Eigenschaften nur dann von 6 auf 5 oder 4,7 Moleküle für 2 Moleküle Base herabgehen, wenn gleichzeitig das Verhältnis von Kalk zu Natron sich so ändert, das 6 Moleküle Natron auf 10 Moleküle Kalk kommen. Je mehr Kieselsäure Glas enthält, um so schwerer schmelzbar, aber auch um so widerstandsfähiger wird es. Das Gleiche läßt sich vom Kalk sagen.
Ersetzt man den Kalk durch eine äquivalente Menge Bleioxyd, so wird das Glas viel leichter schmelzbar (Flintglas, s. d.), behält aber seine Widerstandsfähigkeit gegen Flüssigkeiten. Würde man aber nur Kali (oder Natron) mit Kieselsäure zusammenschmelzen, so erhielte man ein Produkt, das zwar immer noch glasig erscheint, aber in Wasser vollständig löslich ist (Wasserglas, s. d.). Durch Zusatz von Borsäure oder eines Überschusses von Alkalien (meist bei Anwesenheit von Thonerde) können Kalk-Alkali-Gläser ebenso leicht schmelzbar gemacht werden, wie Bleigläser.
Ein Beispiel hierfür sind die Thüringer Glasröhren, die vor der Lampe [* 7] verarbeitet werden und kein Blei, [* 8] wohl aber einen Überschuß von Alkali enthalten; Venetianer Glas enthält ebenfalls viel Alkali neben Kalk, häufig auch Bleioxyd. Die Menge der Kieselsäure kann unbeschadet der Widerstandsfähigkeit gegen die Metalloxyde bedeutend zurücktreten, wenn sich gleichzeitig bedeutende Mengen Thonerde und Eisenoxyd in Lösung befinden. Solche Verhältnisse treten ein bei Verwendung von Felsarten zur Erschmelzung von gemeinem Flaschenglas. – Ein geringer Gehalt an Thonerde findet sich in den meisten Glasarten und gelangt in dieselben durch Einwirkung des schmelzenden Glas auf die Schmelzgefäße. Schlechtes, alkalireiches Glas ¶
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wird von Wasser und andern Flüssigkeiten stark angegriffen. Solches Glas erblindet an der Luft, springt leicht beim Erhitzen und bekommt dabei an der Oberfläche unzählige kleine Risse, die beim Entweichen des bis zu einer gewissen Tiefe eindringenden Wassers entstehen. Gutes Glas ist dagegen außerordentlich widerstandsfähig; so giebt feinster Staub eines nach der Normalformel zusammengesetzten Glas nicht mehr als 0,3 Proz. seines Gewichts in 24 Stunden an verdünnte Salzsäure ab. Schlechtes Glas kann man an einem hauchartigen Beschlag erkennen, den dasselbe beim ein- bis zweitägigen Liegen in chlorwasserstoffhaltiger Luft annimmt, oder auch durch Behandeln mit jodeosinhaltigem feuchten Äther; schlechtes Glas wird davon oberflächlich rot gefärbt. Die chem. Zusammensetzung einiger bewährter Glassorten zeigt folgende Tabelle:
|Franz.||Fenster-||Kali-||Flint-||Burgunder|
|Spiegelglas||glas||Hohlglas||glas||Flaschenglas|
|Kali||–||–||14||6,8||–|
|Natron||11||13,1||–||–||7,3|
|Kalk||15||11,9||9||0,36||24,8|
|Manganoxydul||–||0,7||–||–||–|
|Eisenoxyd||–||0,7||–||–||1,4|
|Thonerde||–||0,7||–||0,8||9,7|
|Kieselsäure||73||73,4||77||45,2||56,7|
|Bleioxyd||–||–||–||47,1||–|
Besondere Zusammensetzungen zeigen die optischen Glas, das Thermometerglas und das Glas für chem. Geräte (s. Glas für wissenschaftliche Zwecke), ferner Getrübtes Glas (s. d.).
II. Eigenschaften des Glases. Bei gewöhnlicher Temperatur sind alle Glassorten hart und spröde, besitzen den erwähnten Glasglanz und sind schlechte Elektricitätsleiter. Bei höherer Temperatur (schon bei 300° C.) leitet jedoch Glas die Elektricität wie ein Leiter zweiter Klasse unter chem. Zersetzung. Gutes Glas widersteht dem Angriff von Wasser und Säuren, wird dagegen von Alkalien etwas angegriffen, sehr heftig jedoch von Flußsäure, worauf das Ätzen des Glas (s. unten S. 43b) beruht. Je nach der Zusammensetzung schwankt das spec.
Gewicht bei Kalkglassorten zwischen 2,4 bis 2,8 und bei Bleigläsern zwischen 3,0 und 4,9. O. Schott ist es gelungen, ein Glas vom spec. Gewicht von 6,33 herzustellen. Der Brechungsindex für die Fraunhofersche D-Linie schwankt bei Crowngläsern zwischen 1,51 und 1,60, bei Flintgläsern zwischen 1,55 und 1,96. Der kubische Ausdehnungskoefficient ist nach neuern Untersuchungen von O. Schott bei alkalireichen Glas. Viel bedeutender als bei alkaliarmen und bewegt sich zwischen den Grenzen 0,0000137 und 0,0000337. Die Verschiedenheit der Ausdehnungskoeffizienten verschiedener Sorten wird beim sog. Verbundglas (s. Glas für wissenschaftliche Zwecke) benutzt.
Die Durchlässigkeit des farblosen Glas für strahlende Wärme wird nach R. Zsigmondy wenig von seiner Zusammensetzung beeinflußt. So lassen farblose Glas verschiedenartiger Zusammensetzung von etwa 8 mm Dicke 58–63 Proz. der strahlenden Wärme [* 10] eines Argandbrenners hindurch. Löst man dagegen im G. nur 1 Proz. Eisenoxydul auf, so wird dasselbe für strahlende Wärme fast undurchlässig, ohne seine Durchsichtigkeit zu verlieren. (S. Schirmglas.) Glas muß langsam und gleichmäßig gekühlt werden, wenn es gegen Temperaturänderungen widerstandsfähig sein soll.
Wird Glas schnell abgekühlt, so springt es gewöhnlich, oder es treten Spannungen ein, die ein explosionsartiges Platzen der ganzen Masse bei geringfügiger Verletzung der Oberfläche bewirken können. (S. Glasthränen und Bologneser Flaschen.) Kühlt man es aber schnell unter Einhaltung gewisser Vorsichtsmaßregeln, so entsteht ein sehr festes, elastisches Glas (Hartglas, s. unten, S. 42b). Wird Glas längere Zeit einer dem Erweichen nahen Temperatur ausgesetzt, so verwandelt sich dasselbe in eine weiße undurchsichtige Masse (Réaumursches Porzellan, s. Entglasung). [* 11]
III. Einteilung der Glaswaren. Nach der chem. Zusammensetzung und Art der Herstellung kann man folgende Einteilung für Glas und seine Produkte treffen:
A. Bleifreie Glas.
1) Hohlglas (Buttelglas), sämtliche Glasarten, die an der Pfeife vollendet werden und kein Bleioxyd enthalten, a. Dunkelfarbiges Hohlglas, aus unreinen Materialien hergestellt (Flaschenglas oder Bouteillenglas). b. Halbweißes Hohlglas, für Medizinflaschen, billigere Glasartikel, c. Weißes [* 12] Hohlglas, mit sehr geringem Eisengehalt aus reinen Materialien hergestellt. Hierher gehört das deutsche und französische Crownglas, das böhm. Hohlglas (böhm. Krystallglas).
2) Scheiben- und Fensterglas (Tafelglas, englisches Crownglas). Unterscheidet sich von Hohlglas durch die verschiedene Art der Herstellung, ist meist auch etwas leichter schmelzbar als letzteres.
3) Spiegelglas (s. d.) aus besonders reinen Materialien hergestellt. B. Bleihaltige Glas.
1) Flintglas (s. d.), Bleikalisilikat, wird besonders in England zur Herstellung von Hohlglaswaren verwendet, außerdem hauptsächlich zu optischen Zwecken.
2) Krystallglas (s. d.), mit noch höherm Bleigehalt als das erstere.
3) Straß-Masse (s. Straß) für künstliche Edelsteine. [* 13]
C. Getrübtes Glas (s. d.), Glassorten mit milchiger Trübung unter verschiedenartigster Zusammensetzung.
D. Preßglas (s. d.), etwas leichter schmelzbar als Crownglas, wird nicht vor der Glasmacherpfeife verarbeitet, sondern in geschmolzenem Zustande gepreßt.
E. Luxus- und Buntglas, Glaswaren der mannigfaltigsten Farbe, Form, Zusammensetzung und Verarbeitung, bei welchem es in erster Linie auf Schönheit der Form und Verzierung ankommt. (S. Glaskunstindustrie.)
F. Optisches Glas, Thermometerglas und Glas für chemische Glasgeräte. (S. Glas für wissenschaftliche Zwecke.)
Glas Wasserglas (s. d.), in Wasser lösliches Alkalisilikat.
IV. Glasfabrikation. [* 14] Rohmaterialien. Die zur Herstellung von Glas erforderliche Kieselsäure findet sich in Form von Sand, Quarzfelsen, Feuerstein und Infusorienerde;
Natron wird als Natriumcarbonat (Soda) und Natriumsulfat (Glaubersalz), letzteres mit 6–8 Proz. Kohle verwendet;
Kali wird in Gestalt von Kaliumcarbonat (Pottasche) gebraucht, Kalk als Kalkstein und Kreide, [* 15] Blei als Bleiglätte und Mennige, Zinkoxyd als Zinkweiß, Baryt als Schwerspat;
Mangan dient in Form von Braunstein sowohl zum Färben als zum Entfärben.
Weitere Entfärbungsmittel sind Nickel- und Kobaltoxyd. ¶
Glasfabrikation I 1. 2. Siemensscher Hafenofen mit Regerativfeuerung 1 Längsschnitt durch 2 nach CD; 2 Querschnitt durch 1 nach AB 3. 4. 5. Siemensscher Wannenofen mit freier Flammenentfaltung 3 Längsschnitt durch 5 nach AB; 4 Querschnitt durch 5 nach EF. 5 Horizontalschnitt durch 3 und 4 nach GH 6. Runder englischer Ofen für direkte Steinkohlenfeuerung. ¶
Glasfabrikation II 1 a–f. Herstellung der Flaschen. 2. Glasmacherpfeife. 3 a–f. Herstellung der Glastafeln. 4. Blasen einer Krystallflasche in der Form. 5. Offener Hafen. 6. Schere. [* 18] 7 a–e. Herstellung einer Dose aus Bleikrystall. 8. Geschlossener Hafen. 9. Schiffchen. 10 a–d. Herstellung des Mondglases. ¶
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Als Oxydationsmittel dienen ferner Salpeter, weißes Arsen oder arsenige Säure; als Trübungsmittel für opake Glas Knochenasche, Kryolith, Feldspat und Flußspat, [* 20] ferner Zinnoxyd, Arsensäure, Antimonsäure und Fluornatrium. Die beim Beschneiden von Tafel- und Spiegelglas entstehenden Abfälle (Schnittglas), die durch Bruch von Glasgefäßen entstehenden Scherben (Glasbrocken) und das im Ofen durch Platzen eines Tiegels ausgelaufene Glas (Herdglas) finden Verwertung, indem sie dem Gemenge zugesetzt werden. In neuerer Zeit, nach Einführung der verbesserten Ofensysteme und namentlich des Siemensschen Wannenofens, werden zur Herstellung von gemeinem Flaschenglas noch eine Anzahl roher Gesteinsarten verschmolzen, und zwar hauptsächlich Feldspat, Pechstein, Phonolith, Granit, Basalt, viele Laven und Hochofenschlacke.
Das Gemisch, das aus den für bessere Glassorten vorher gereinigten, gepulverten und in bestimmten Verhältnissen verwendeten Rohmaterialien hergestellt ist, heißt das Gemenge oder der Glassatz. Dieser läßt sich meist aus der Zusammensetzung des zu erschmelzenden Glas berechnen. Es ist dies eine Operation, die der Chemiker leicht ausführen kann; werden reine Rohmaterialien verwendet, so nimmt man den Oxyden des Glas äquivalente Mengen der Rohmaterialien, wobei allerdings zu berücksichtigen ist, daß gewisse Bestandteile des Glassatzes bei der hohen Temperatur, welche zum Schmelzen des Glas erforderlich ist, sich teilweise verflüchtigen.
Schmelzgefäße. Die Rohmaterialien werden möglichst fein gepulvert und gemischt und dann in die Schmelzgefäße, häufig unter Zusatz von Abfällen derselben Glassorte, eingetragen. Der Glassatz wird entweder in tiegelartigen Gefäßen, Glashäfen, oder in Wannen zu Glas geschmolzen. Man unterscheidet offene und geschlossene Häfen. Offene Häfen sind kreisrunde oder ovale, nach unten etwas verjüngte Gefäße (s. Tafel: Glasfabrikation II, [* 19] Fig. 5), welche aus einem innigen Gemisch von plastischem Thon und gebranntem Thon, Chamotte (zum Teil aus Hafentrümmern entstammend), mit Wasser zu einer plastischen Masse geknetet, mit der Hand [* 21] aufgebaut werden. Der Thon muß feuerfest und kieselsäurereich sein. Die geschlossenen oder Haubenhäfen (Taf. II, [* 19] Fig. 8) werden angewendet, um leicht reduzierbare Bleigläser, die bei Zutritt der Flamme [* 22] geschwärzt würden, vor Einwirkung derselben zu bewahren.
Ehe die Schmelzgefäße in den Glasofen eingetragen werden, müssen sie etwa 8 Tage lang in eigens für diesen Zweck hergestellten Ofen (Temperöfen) vorgewärmt werden; man überträgt sie in glühendem Zustande in den eigentlichen Glasofen. Diese Operation ist eine der aufregendsten im Glasbetriebe, denn die Arbeiter sind dabei der quälenden Wirkung der vom Hafen wie von den Öfen [* 23] ausstrahlenden Wärme ausgesetzt. Man durchbricht die Wände beider Öfen, 2–4 Arbeiter schieben ein dickes und breites Brett aus hartem Holz [* 24] unter den glühenden Hafen und übertragen denselben auf dem sofort in heller Flamme brennenden Brette zur offenen Stelle des Glasofens, schieben den Hafen in den weißglühenden Ofen und haben nachher noch große Mühe, den Hafen an die richtige Stelle der Ofenbank zu rücken. Gleich darauf wird die Lücke im Ofen wieder vermauert. Andere Hütten [* 25] verwenden statt des Holzbrettes eiserne Gabeln. Vor ihrer Verwendung werden die Häfen noch an ihrer Innenseite mit geschmolzenem Glas ausgestrichen (verglast). Die Haltbarkeit der Häfen ist sehr gering und dauert meist nur einige Wochen. Allzuschnelles Erkalten der Häfen bringt sie zum Springen.
Das Schmelzen des Glas beginnt kurze Zeit nach dem Eintragen des Satzes in den Hafen mit dem Erweichen und Schmelzen der Alkaliverbindungen, Soda und Pottasche geraten in Fluß und wirken ausschließend auf die Kieselsäure ein. Unter Entweichen von Kohlensäure bilden sich zunächst alkalireiche Silikate (Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2), die dann bei höherer Hitze, mit dem Kalk des Satzes vereint, lösend auf den Überschuß der meist als Sand vorhandenen Kieselsäure einwirken unter Bildung von sauren Doppelsilikaten.
Enthält der Satz Glaubersalz und Kohle statt Soda, dann wirkt Kohle zunächst reduzierend auf das Natriumsulfat (Glaubersalz) ein (Na2SO4+C=Na2SO3+CO) unter Bildung von Natriumsulfit. Letzteres wirkt bei hoher Temperatur wieder auf die Kieselsäure unter Bildung von Natriumsilikat und Entweichen von schwefliger Säure (Na2SO3+SiO2=Na2SiO3+SO2). Der weitere Vorgang ist derselbe, wie oben angegeben. Wird zu viel Kohle zugesetzt, so bildet sich Schwefelnatrium, das dem Glas einen unschönen Stich ins Gelbe erteilt.
Die anfangs sehr lebhafte Gasentwicklung bewirkt ein Aufschäumen der Masse, das zum Schlusse ganz aufhört. Während der Silikatbildung, dem Gemengschmelzen, wird möglichst stark geheizt. Bei fortdauernder Erhitzung während des Lauterschmelzens (Heißschürens) nimmt die Gasentwicklung allmählich ab und hört schließlich ganz auf. Der Ofen ist in heller Weißglut, das erschmolzene Glas dünnflüssig und fließt von der Pfeife ab, enthält aber meist noch kleine Gasbläschen.
Sowohl um diese zu entfernen, als auch um das Glas nochmals gut durcheinander zu rühren, spießt man einen wasserhaltigen Körper (etwa eine Kartoffel) auf ein Eisen [* 26] und fährt damit auf den Grund des Schmelzhafens; durch das schnelle Verdampfen des Wassers wird ein außerordentlich lebhaftes Aufschäumen der Masse bewirkt und so ein Sondern der Teile nach dem spec. Gewicht vermieden. Man bezeichnet diese Operation mit dem Ausdruck Blasen des Glas. Bei regelrechtem Verlauf der Schmelze muß eine am Ende des Heißschürens mit einem Eisenstab herausgenommene Glasprobe in dünnen Fäden von dem Stab [* 27] ablaufen und darf keine feinen Blasen zeigen. Um dem Glas die zur Verarbeitung erforderliche Konsistenz zu geben, wird der zweite Teil der Operation, das sog. Kaltschüren, begonnen. Dasselbe besteht darin, daß man das Feuer bedeutend mildert oder auch ganz entfernt und die Arbeitsöffnungen lüftet, sodaß die im Innern des Ofens herrschende hohe Temperatur wesentlich erniedrigt wird.
Die Bildung der gefährlichen Glasgalle (s. d.) wird bei den jetzigen Schmelzmethoden vermieden.
Glasöfen. Die beinahe ununterbrochene Weißglut, welche durch viele Monate im Glasofen aufrecht erhalten wird, und die dadurch bedingte Verflüchtigung eines – wenn auch kleinen – Teiles der Alkalisalze aus dem Glassatze, welche die Bestandteile der Ofenwand und Decke [* 28] angreifen und mit ihnen zu glasartigen Massen verschmelzen, machen eine sorgfältige Auswahl des Ofenmaterials sowie eine besondere Sorgfalt in der Herstellung des Mauerwerks unbedingt notwendig. Die ältern Glasöfen sind backofenartige Räume mit kreisrundem oder eckigem Querschnitt, in denen 4-12 Häfen an ¶