Glas

Die amorphe Silikatstruktur
In der amorphen (griech. „ gestaltlos“) Struktur sind SiO4-Pyramiden regellos ohne jede Symmetrie an den Ecken miteinander verbunden. Fremdatome sind ebenso regellos integriert. Durch die vielfach auftretenden „verbogenen“ Bindungen treten Spannungen zwischen den Tetraedern auf. Um diese auszugleichen fließen die Atome im Laufe von Jahrtausenden zur ausgeglichenen Kristallstruktur zusammen. Deshalb bilden sich auf dem amorphen vulkanischen Gesteinsglas Obsidian weiße Flockenstrukturen. Es handelt sich dabei um auskristallisierte Stellen. Man spricht dann vom SchneeflockenObsidian. Insofern ist Glas auch in ungeschmolzenen Zustand eine Flüssigkeit, wenn diese auch sehr zäh ist.
Warum sind Flaschen grün oder braun?

Weisses Fensterglas wird aus amorphen Quarzsand (SiO2), Soda (Na2Co3) und Kalk (CaCo3) hergestellt
Die Zutaten werden im Hochofen geschmolzen. Unter Abspaltung von Kohlendioxid (CO2) entsteht CaO. Dieses verschmilzt mit den restlichen Zutaten zu einem amorphen Natrium-Kalzium-Silikat. Reines Siliziumdioxid ist sehr hart, daher aber auch spröde. Die Zugabe von Kalk und Soda erhöht die Stabilität des Glases dadurch, dass es etwas weicher und elastischer wird. Außerdem läßt sich mit Hilfe von Soda (Natriumcarbonat) als Flußmittel der extrem hohe Schmelzpunkt von 1700°C des reinen Siliziumdioxids um 1100°C auf nur 600°C senken, was eine erhebliche Energieersparnis bei der Herstellung von Glas bedeutet. Durch die Variation von Metalloxiden können die Eigenschaften von Glas beinflußt werden. Auch die Farbgebung wird auf diese Weise reguliert.
Für grünes Glas verwendet man Eisenoxid, Chromoxid oder Uranoxid.
Blaue Färbung kommt durch Kobaltoxid und Kupferoxid zustande.
Violett erreichtman durch Zugabe von Nickeloxid und Manganoxid.
Braun geht auf Eisen-, Nickel-, Mangan,-und Kobaltoxid zurück und eine Überfärbung mit Mangan-, Nickel-oder Eisenoxid führt zu schwarzem Glas.

Warum ist Glas oder ein reiner gut auskristallisierter Bergkristall durchsichtig ?

Die Durchlässigkeit von Licht ist wohl die wichtigste Eigenschaft von Glas. Licht kann in Glas, sowie in Bergkristall eindringen, weil im Inneren keine Grenzflächen vorhanden sind an denen das Licht reflektiert wird. Licht kann als Energieteilchen oder sogenanntes Photon interpretiert werden. Es wird absorbiert, wenn es auf Teilchen trifft, auf die es seine Energie überträgt. Diese Teilchen fangen dann an zu schwingen. In einem Metall sind sehr viele Elektronen, die sich sehr frei bewegen können. Der elektronenerfüllte Raum in einem Metall wird deshalb auch als Elektronengas bezeichnet. Ein Lichtteilchen das in Metall eindringt kollidiert mit den freien Elektronen und überträgt dabei seine ganze Energie auf die Elektronen. Da diese Elektronen frei beweglich sind lassen sie sich sehr leicht zur Schwingung anregen. Das Photon gibt seine gesamte Energie an dieses oder mehrere Elektronen ab und wird dabei absorbiert. Die Schwingungsenergie äußert sich als Wärme. Das Metall erscheint als schwarz. In einem Bergkristall sind sehr viel weniger Elektronen vorhanden und sind außerdem im Kristallverband des Siliziumdioxids nicht frei beweglich. Sie sind in feste Atombindungen integriert. Die Wahrscheinlichkeit eines Photons mit einem Elektron zusammenzustoßen ist in Bergkristall oder im Glas sehr viel geringer. Bei einem Zusammenstoß wird zudem nur sehr wenig Energie auf Elektronen übertragen. Ein Lichtstrahl findet als sehr leicht seinen Weg durch Glas oder Bergkristall. Gefärbtes Glas enthält Metalle wie Mangan, Eisen oder Kobalt. Die Elektronen absorbieren zumindest einen teil der Lichtenergie. Der Rest ist als bestimmte Farbe sichtbar. Die Lichtdurchlässigkeit von Stoffen nennt man auch Transparenz.