Szkło

Szkło to twarda, krucha, bezpostaciowa, najczęściej przezroczysta masa zbudowana głównie z krzemianów. Skład szkła jest często wyrażany jako procentowa zawartość tlenków SiO2, tlenków litowców i berylowców, tlenków B2O3, PbO, Al2O3 itp. Szkło ma własności izotropowe. Ogrzewane stopniowo mięknie i może być formowane. Źle przewodzi ciepło i elektryczność. Otrzymuje się je poprzez stapianie piasku kwarcowego z sodą, wapieniem, (topniki), niekiedy także z potażem i boraksem, substancjami klarującymi i odbarwiającymi lub barwiącymi. Po stopieniu z mieszaniny formuje się wyroby a następnie całość bardzo wolno schładza, nosi to nazwę odprężanie szkła.
Naturalne szkło posiada barwę zielonkawą pochodzącą od tlenków żelaza (zanieczyszczenia piasku; np. FeO). Aby uzyskać szkło bezbarwne do piasku dodaje się utleniaczy (np. arszenik, azotan(V) sodu) oraz związków o barwie dopełniającej (fizyczne odbarwienie szkła). W celu uzyskania szkła o specjalnych własnościach używa się odpowiednich dodatków, np. aby otrzymać tzw. szkło „kryształ” dodaje się do zwykłego szkła (sodowo-wapniowe) związków ołowiu, aby otrzymać szkło żaroodporne dodaje się związków glinu.
Przykłady różnych gatunków szkła to szkło hartowane, otrzymywane przez powtórne ogrzewanie i schłodzenie, mające właściwość pękania bez rozpryskiwania, szkło klejone, zachowujące się podobnie, zbudowane z kilku warstw sklejonych przezroczystym tworzywem organicznym, szkło zbrojone, z metalową siatką wtopioną w jego strukturę, szkło jenajskie, szkło ołowiowe, szkło kwarcowe (posiada tylko jeden składnik – SiO2), szkło polikrystaliczne – twarde, odporne na uderzenia i gwałtowne zmiany temperatur.
Szkło służy do produkcji szyb, opakowań szklanych, reflektorów, sprzętu laboratoryjnego i optycznego, światłowodów, waty szklanej, duranu. Szkło było znane już w starożytnym egipcie ok. 3000 lat p.n.e. Obecnie szkło otrzymuje się w hutach szkła. Składniki stapia się w piecach na płynną masę, z której formuje się odpowiednie wyroby przez wydmuchiwanie, prasowanie i walcowanie lub wytłaczanie w formach. Szkło otrzymuje się w wyniku stapiania w temperaturze około 1400 Celsjusza. W zależności od dodatków określonych związków chemicznych otrzymuje się szkła o różnych właściwościach, a tym samym o różnym przeznaczeniu praktycznym. Szkło można barwić na różne kolory przez dodanie tlenków grup przejściowych np. dodatek Cr2O3 barwi szkło na kolor zielony. Istnieje wiele odmian szkła np.:
a) szkło jenajskie - szkło laboratoryjne i kuchenne produkowane w Jenie (Niemcy). Odznacza się odpornością na działanie czynników chemicznych i wysokiej temperatury. Głównymi składnikami szkła jenajskiego są: SiO2 (74,5%), Al2O3 (8,5%), Na2O (7,7%), B2O3 (4,6%). Podobne własności ma szkło laboratoryjne typu pyrex, które zawiera domieszkę arszeniku 0,3% i jest bardziej odporne termicznie.
b) szkło krystaliczne – (Piroceram) tworzywo otrzymywane przez wprowadzenie do szkła dodatków inicjujących krystalizację i poddanie go wygrzewaniu. Piroceram jest nieprzezroczysty, o barwie beżowobrązowej, charakteryzuje się jednolitą drobnoziarnistą
strukturą i wykazuje wyższą wytrzymałość mechaniczną, odporność chemiczną i
termiczną od szkła, z którego został wykonany. Stosowany do produkcji aparatury
chemicznej i laboratoryjnej, zastępuje kamienie szlachetne i półszlachetne (zwłaszcza agat).
c) szkło ołowiowe - Szkło ołowiowe, szkło kryształowe, szkło stosowane do wyrobu przedmiotów dekoracyjnych. Odznacza się dużym współczynnikiem załamania światła i bardzo dużą gęstością (d=3,5-5 g/cm3).
d) szkło piankowe - nieprzezroczyste szkło odznaczające się dużą dźwiękochłonnością i niewielką przewodnością cieplną. Otrzymuje się je stapiając sproszkowane szkło z wapieniami lub dolomitami (pełnią rolę domieszek gazotwórczych) albo przez wdmuchiwanie strumienia powietrza do stopionej masy szklanej. Służy w budownictwie jako izolator cieplny i dźwiękowy.
e) szkło bezpieczne - szkło, które przy rozbiciu lub pękaniu nie rozpada się bądź rozpada się na małe kawałki o zaokrąglonych krawędziach. Rozróżnia się szkło bezpieczne: zbrojone (z wtopioną siatką metalową zapobiegającą wypadaniu kawałków szkła - stosowane głównie w budownictwie), hartowane (o zwiększonej w wyniku hartowania wytrzymałości mechanicznej, przydatne jako szyby w pojazdach mechanicznych, osłony lamp kineskopowych itp.) oraz wielowarstwowe (złożone z dwóch lub więcej warstw szkła sklejonych substancją organiczną o dużej przepuszczalności światła, nie rozpryskujące się, niezbędne np. w okularach ochronnych).
f) Szkło kwarcowe - szkło uzyskane z kwarcu. Odznacza się niewielką rozszerzalnością cieplną, wysoką temperaturą mięknienia, dużą przezroczystością dla promieniowania UV-VIS, odpornością na działanie wielu czynników chemicznych. Znajduje zastosowanie w produkcji sprzętu optycznego i aparatury chemicznej.
g) Szkło kobaltowe - szkło zabarwione tlenkiem kobaltu(II) CoO na kolor intensywnie niebieski. Stosowane w chemicznej analizie płomieniowej (tzw. szkiełko kobaltowe) jako filtr optyczny do badania barwy płomienia, pochłaniający żółtopomarańczową barwę światła emitowanego przez atomy sodu, która maskuje barwy światła emitowane przez atomy innych litowców i berylowców.

Nazwa szkła Główne
składniki Właściwości Zastosowanie
Szkło sodowe
(zwykłe)

Na2O
CaO
Sio2
Niska temperatura topnienia Do wyrobu przedmiotów codziennego użytku np. szyby, naczynia, opakowania
Szkło potasowe

K2O
CaO
SiO2

Trudno topliwe
Do wyrobu naczyń laboratoryjnych
Szkło kwarcowe
SiO2

Trudno topliwe, o dobrej przezroczystości i odporności na zmiany temperatury Do wyrobu naczyń laboratoryjnych, elementów aparatury optycznej, lamp kwarcowych
Szkło ołowiowe PbO
SiO2
K2O Łatwo topliwe, o dużym współczynniku załamania światła
Do wyrobu kryształów i soczewek


Istnieją także inne odmiany szkła, przeznaczone tylko do jednego celu lub do dekoracji. Takie szkło to na przykład szkło rubinowe. Jest to rodzaj szkła dekoracyjnego o ciemnoczerwonej barwie, uzyskiwanej przez dodanie do masy szklanej m.in. złota. Wynalezione zostało w 1670 roku przez J.Kynckela w Poczdamie , służyło do produkcji kielichów, flakonów i butli. Było chronione tajemnicą. W początku XIX wieku naśladowane w Czechach, produkowane także w Wenecji. Kolejny rodzaj specjalnego szkła to szło mącone. Nazywane jest także szkłem mlecznym, jest nieprzezroczyste, białe. Rozprasza promienie świetlne dzięki mikrokryształom, które powstają podczas stygnięcia masy szklanej po dodaniu odpowiednich substancji np. kriditu. Istnieje także szkło Lindemanna, jest to szkło litowo – boranowe odznaczające się bardzo słabym pochłanianiem promieni X (promieniowanie rentgenowskie). Dawniej, szkło to było stosowane w konstrukcji aparatury rentgenowskiej i w badaniach rentgenograficznych.
Kolejna odmiana szkła to szkło agatowe. Jest to rodzaj szkła przypominającego agat, otrzymywanego przez połączenie kilku barwnych, nieprzejrzystych mas szklanych, z reguły w tonacji szarości i brązu. Technika jego produkcji była znana już w Egipcie w okresie hellenistycznym (około 330-30 p.n.e.) a odkryta na nowo w renesansowej Wenecji w XV-XVI wieku. Szczególna popularnością cieszyło się szkło agatowe produkowane w XIX wieku w Czechach i Anglii. Początkowo służyło do wyrobu ozdobnych naczyń, później także do produkcji różnych przedmiotów użytkowych.