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Anorganische Chemie - Chemische Einteilung von Gläsern

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Anorganische Chemie

Chemische Einteilung von Gläsern

Das Glas nicht gleich Glas ist, möchten wir Ihnen in diesem Kurstext aufzeigen. Natürlich kennen Sie unterschiedliche Glasarten aus Ihrem Alltag, da gibt es Fensterglas, Sicherheitsglas (in Fahrzeugen), Panzerglas, u.v.m.

Wir möchten jedoch im Rahmen dieses Kurses eine Einteilung von nichtmetallischen anorganischen Gläsern hinsichtlich des chemischen Aufbaus vornehmen. Wir werden dabei 5 Kategorien von Gläsern vorstellen, die durch ihre chemische Zusammensetzung unterschieden werden können und dabei gänzlich unterschiedliche Eigenschaften und Einsatzgebiete besitzen. Jede der vorgestellten Glasarten zählt zur Gruppe der Silikatgläser, da sie hauptsächlich aus Siliziumdioxid $ SiO_2 $ bestehen.

Glasarten
  1. Quarzglas: Quarzglas, oder Kieselglas, ist die einfachste eingesetzte Glasart. Als Ausgangsmaterial verwendet man Quarzsand ($ SiO_2 $), welcher aufgeschmolzen wird und anschließend in geeignenten Verfahren zu Glas erstarrt.

  2. Bleiglas: Bleiglas, oder auch Bleikristallglas, wird anteilig aus Bleioxid erzeugt. Um reines Bleiglas zu erzeugen muss der Bleioxid-Anteil mindestens 24 % betragen. Weitere Bestandteile von Bleiglas sind je nach Zusammensetzung: $ SiO_2 $ (55 – 67 %), Soda $ Na_2O $ (5 – 15 %) , sowie Pottasche $ K_2O $ (5 – 15 %).

  3. Kalknatronglas: Kalknatronglas oder auch Normalglas genannt ist das weltweit am meisten eingesetzte Glas. Es ist das typische Glas für die Massenfertigung von Gläsern, Flaschen oder Festern und besteht zu einem großen Anteil aus Quarzsand $ SiO_2 $ (71 – 75 %), mit Anteilen von Soda $ Na_2O $ (12 -16 %) und Kalk $ CaO $ (5 – 15 %).

  4. Borsilikatglas: Borsilikatglas oder auch Borosilikatglas zeichnet sich besonders durch seine Beständigkeit gegenüber Chemikalien und extremen Temperaturwechseln aus, weshalb es vorzugsweise als Behältnis in Laboren verwendet wird. Es besteht hauptsächlich aus Quarzsand $ SiO_2 $ ( 70 – 80 %), sowie aus Anteilen von Bortrioxid $ B_2O_3 $ (7 – 13 %), Soda $ Na_2O $ (4 – 8 %) und Pottaschen (Kaliumoxid $ K_2O $ (4 – 8 %), Aluminiumoxid $ Al_2O_3 $ (2 – 7 %). Dem Boranteil verdankt diese Glasart nicht nur seinen Namen, sondern auch seine Unempfindlichkeit gegenüber Chemikalien. Seine Temperaturunempfindlichkeit hingegen besitzt diese Glasart aufgrund des geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten.

  5. Spezialglas: Spezialglas besteht zu großen Anteilen aus Quarzsand $ SiO_2 $ und je nach Einsatzzweck aus weiteren Elemente des Periodensystems. Linsen, Prismen und Brillengläser werden meistens aus Spezialglas erzeugt.

Wichtige Ausgangsmaterialien/-stoffe für die Glasherstellung:
  • Sand (Siliciumdioxid, Quarz): $ SiO_2$
  • Soda (Natriumcarbonat): $ Na_2CO_3 · 10H_2O $
  • Pottasche (Kaliumcarbonat): $ K_2CO_3 $
  • Glaubersalz (Natriumsulfat): $ Na_2SO_4 $
  • Kalk (Calciumcarbonat): $ CaCO_3 $
  • Magnesit (Magnesiumcarbonat): $ MgCO_3 $
  • Tonerde (Aluminiumoxid): $ Al_2O_3 $
  • Bleiglätte (Blei(II)-oxid): $ PbO $
  • Menninge (Blei(II,III)-oxid): $ Pb_3O_4 $
  • Borax (Natriumtetraborat): $ Na_2B_4O_5(OH)_4 · 8H_2O $