Hoofdmenu openen

Wijzigingen

16.557 bytes verwijderd, 2 jaar geleden
k
geen bewerkingssamenvatting
glas is lekker
{{Zie dp|Glas}}
[[Bestand:Light through glass05.jpg|{{Largethumb}}|Het [[lichtbreking|licht wordt gebroken]] door het glas]]
[[Bestand:SiO4.svg|{{Largethumb}}|Chemische structuur van SiO<sub>2</sub> als een [[Tetraëdrische moleculaire geometrie|tetraëdrische]] SiO<sub>4</sub>-structuur. Ieder zuurstofatoom is verbonden aan 2 siliciumatomen en telt daarom maar voor de helft mee.]]
'''Glas''' is een [[amorf]]e (niet-[[kristal (natuurwetenschappen)|kristallijne]]) vaste stof. De bekendste verschijningsvorm is het kleurloze glas zoals het voor [[Vlakglas|vensterglas]] en [[Drinkglas|drinkglazen]] wordt gebruikt. Dit glas bestaat voornamelijk uit de stof silica of [[siliciumdioxide]] (SiO<sub>2</sub>).
 
Hoewel glas geen kristalstructuur heeft, heeft het met veel kristallen gemeen dat het doorzichtig is en het [[lichtbreking|licht breekt]]. Een bekende glassoort, voor gebruiksvoorwerpen, maar vooral voor siervoorwerpen, wordt wel ''kristalglas'' of kortweg [[kristal (glas)|kristal]] genoemd. Het verschil tussen glas en kristal is gedefinieerd op basis van het loodgehalte (glas met minder dan 4% loodoxide heeft de commerciële benaming "glas"). Het taalgebruik houdt zich niet altijd aan formele definities: in sommige talen, zoals [[Spaans]], is ''cristal'' (naast ''vidrio'') een woord voor gewoon glas.
 
== Geschiedenis van glas==
[[Bestand:Roman glass from Pompeji.JPG|miniatuur|Romeins glas uit [[Pompeï]] (79 n Chr).]]
Glas komt in de natuur voor als lavaglas ([[obsidiaan]]) en is in die vorm al in de [[steentijd]] gebruikt voor dezelfde toepassingen als [[vuursteen]]. De vroegste sporen van glasfabricage zijn te vinden in [[Egypte (land)|Egypte]] rond 1500 v Chr, waar glas als [[Glazuur (aardewerk)|glazuur]] op [[aardewerk]] wordt aangetroffen. In de eerste eeuw voor Chr. is de glasblaastechniek ontwikkeld en werden glazen gebruiksvoorwerpen, die daarvoor uiterst schaars waren, meer algemeen.
 
== Soorten glas ==
De bekendste vorm van glas, in gebruik voor [[venster (muur)|ramen]], [[fles]]sen, [[drinkglas|(drink)glazen]], [[vaas|vazen]] e.d. is een mengsel van [[silicaat|silicaten]]. De belangrijkste grondstof daarvoor is [[kwarts]] of silica (SiO<sub>2</sub>) meestal gewonnen uit zand. Silica is een [[zuur oxide]], dat met water [[kiezelzuur]] kan vormen.
 
[[Bestand:Silica.svg|thumb|Kwartsglas (chemische structuur); het vierde zuurstofatoom ligt steeds boven het siliciumatoom.]]
=== Kwartsglas ===
In pure vorm kan van silica ook een glas gemaakt worden. Dit type glas is [[kwartsglas]]. In verhouding met andere soorten glas is kwartsglas moeilijk te bewerken en dus duurder. Het heeft een hoog en vrij abrupt smeltpunt, boven 1700&nbsp;°C. Kwartsglas wordt alleen voor speciale doeleinden toegepast, bijvoorbeeld in [[cuvet]]ten die [[UV-licht]] doorlaten en voor [[Ampul (medisch)|ampullen]] die hoge temperaturen moeten kunnen doorstaan.
 
[[Bestand:SiO² Quartz.svg|thumb|Bergkristal (chemische structuur); het vierde zuurstofatoom ligt steeds boven het siliciumatoom.]]
=== Bergkristal ===
Net als kwartsglas bestaat [[bergkristal]] uit zuiver silica. Door de lange tijd die het kristalrooster heeft gekregen om zich te vormen, is het (quasi) volmaakt [[kristal (natuurwetenschappen)|gekristalliseerd]]: het rooster bestaat uit regelmatige SiO<sub>4</sub>-[[Viervlak|teträeders]], die in een driedimensionaal patroon gerangschikt zijn. Het is daarmee een kristallijne vaste stof en niet een glas. Van buitenaf is dat verschil niet goed te zien, maar in het [[Röntgendiffractie]]patroon is het verschil erg groot.
 
=== Commercieel glas ===
Wegens de hoge verwerkingstemperatuur (en de bijhorende hoge verwerkingskosten), voegt men bij commerciële glassoorten '''verzachters''' toe als CaCO<sub>3</sub> en Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> (die bij het smelten overgaan in resp. CaO en Na<sub>2</sub>O onder vorming van kooldioxide). De vermindering van het aantal dwarsverbindingen maakt het glas zachter en vermindert de [[glastemperatuur]].
 
Gewoon glas bestaat uit slechts 70% SiO<sub>2</sub>, en veel zachtmakers (10% CaO, 15% Na<sub>2</sub>O) en wordt verwerkt op 700&nbsp;°C. Wegens zijn samenstelling noemt men het ook ''natronkalkglas''. Het heeft een hoge [[thermische uitzetting]], en is daardoor niet geschikt voor laboratoriumtoepassingen. Daar gebruikt men een glas met een bijzondere samenstelling ([[borosilicaatglas|Pyrex]]) of het veel duurdere kwartsglas. Die materialen zijn goed tegen snelle temperatuursveranderingen opgewassen.
 
Men verdeelt commercieel glas in 3 grote groepen:
* het [[vlakglas]] ([[venster (muur)|ramen]], autoruiten, [[spiegelglas]], [[draadglas]] ...). Autoruiten, met name de voor- en achterruit, zijn gemaakt van gelaagd glas. Dit bestaat uit twee op elkaar geplakte ruiten met daartussen een laag [[Polyvinylbutyral]] (PVB).
* het verpakkingsglas ([[fles]]sen, [[drinkglas|(drink)glazen]], [[vaas|vazen]], [[gloeilamp]]en,...)
* het technisch glas ([[glasvezel]], [[glaswol]], ...)
 
Voor het produceren van verpakkingsglas (drinkglazen, vazen, flessen e.d.) worden de volgende drie methodes gebruikt in [[glasfabriek]]en:
* Blaas/blaasproductie
* Pers/blaasproductie
* Persproductie
Om deze holglasproducten de juiste vorm te geven worden [[glasvorm]]en of glasmoulds gebruikt.
 
== Fabricage ==
Het meeste glas wordt gefabriceerd door aan het zure SiO<sub>2</sub> basische verbindingen, zoals natrium- of kaliumhoudende carbonaten, toe te voegen. Ook zware metalen zoals [[Lood (element)|lood]] (in [[kristalglas]]) worden toegepast. Glas is chemisch gezien dus een mengsel van silicaten Na-K-Ca-Mg-...-Si-O. Afhankelijk van de precieze samenstelling heeft het glas verschillende eigenschappen, bijvoorbeeld een ander smeltpunt, een andere [[brekingsindex]], [[dispersie (kleurschifting)|dispersie]] of een andere [[uitzettingscoëfficiënt]]. Omdat bij verwarming een glazen voorwerp door uitzetting kan springen, maakt men glas met een speciale samenstelling ([boriumsilicaat]), waar dit soort problemen minimaal zijn. Voor toepassingen in de [[optica]], met name voor speciaal gecorrigeerde [[Objectief (optica)|objectieven]], worden glassoorten met [[zeldzame aarden]] of [[fluoriet]] gebruikt die een extreem lage dispersie hebben.
 
=== Geblazen glas ===
Blazers laten een bol van glas verwarmen aan het einde van een riet (holle metalen buis), en blazen in dit riet om het glas te laten uitzetten en aldus een bolvormig element uit glas te bekomen. Naderhand rekt men deze ''bolvorm'' uit (tot een cilindervorm), en snijdt men die cilinder overlangs. Dan kan men de cilinder platdrukken, en heeft men een ''plat'' glasoppervlak. Deze methode wordt ook gebruikt voor de massaproductie van flessen, bokalen en lampen in geautomatiseerde [[glasfabriek]]en.
 
[[Bestand:DistortedGlass.wmg.jpg|thumb|''vertekening door glastrekken'']]
Het glas wordt geblazen bij een temperatuur tussen 870 en 1040&nbsp;°C, "soda-calcium" glas kan nog geblazen worden bij een temperatuur van 730&nbsp;°C.
Nadien wordt het glas in een andere oven geplaatst van 500&nbsp;°C.
Dit gebeurt om het glas niet te snel te laten afkoelen waardoor het zou springen.
 
=== Getrokken glas ===
Men maakt een ''bad'' van gesmolten glas, plaatst een (rechte) staaf horizontaal in de vloeistof, en trekt deze staaf omhoog. Het glas is zo [[Viscositeit|viskeus]] dat deze de staaf zal meevolgen. Op deze manier wordt snel een plat glasoppervlak verkregen, hoewel dit niet perfect is. Oude ramen zijn vaak nog opgebouwd uit platen getrokken glas, dit is te zien door de zogenaamde trekstrepen: het glas is plaatselijk dikker en dunner, waardoor de ruit een vertekend beeld geeft. In Nederland werd in 1979 de laatste fabriek volgens dit procedé gesloten.
 
=== Floatglas ===
<!--[http://www.pilkington.com/europe/benelux/dutch/about+pilkington/this+is+pilkington+dutch/our+technology+and+processes/default.htm Deze] officiële website meldt 1952 en niet 1950. Jaartal dus svp laten staan.-->
Deze methode werd in [[1952]] uitgevonden door [[Pilkington]]: men giet het gesmolten glas boven op een bad van gesmolten [[Tin (element)|tin]]. Het glas is lichter dan het tin, waardoor het erbovenop blijft drijven. Gesmolten metalen hebben een perfect vlak oppervlak en op deze manier is ook (de onderkant van) het glas ''perfect'' vlak. De oppervlaktespanning van het glas zelf zorgt voor een perfect gladde bovenkant. De floatglasmethode wordt vooral gebruikt voor het maken van grote glasplaten (6,0 x 3,21 m). Het wordt toegepast in een continu gietproces: aan één kant wordt het vloeibare glas op het vloeibare tin gegoten, aan de andere kant wordt de gestolde glasplaat verder afgekoeld en in gewenste afmetingen gesneden. Men kan naar wens de dikte van de glasplaat variëren tussen 0,4 en 25&nbsp;mm.
 
Momenteel wordt zo'n 90% van alle glas volgens deze methode gemaakt. De enige Nederlandse float[[glasfabriek]] was in [[Tiel]]. Hier produceerde men tot 2012 ruim 50.000 m² glas, teruggerekend naar een dikte van 4&nbsp;mm.
 
België heeft meerdere floatglasfabrieken: een in [[Mol (België)|Mol]] in de [[Kempen (gebied)|Kempen]] (40.000 m² per dag), vier in [[Moustier-sur-Sambre]] (280.000 m² per dag) en twee in [[Jemeppe-sur-Sambre]] (120.000 m² per dag), alles teruggerekend naar 4&nbsp;mm dikte.
 
== Bewerkingsmogelijkheden ==
* [[frezen]]
* snijden met een [[glassnijder (gereedschap)|glassnijder]]
* [[waterstraal snijden]]
* [[graveren]]
* [[etsen]]
* [[decoreren]]
* [[brandschilderen]]
 
== Andere soorten ==
Silicaten zijn zeker niet de enige materialen die een glasovergang ondergaan. We hoeven maar in de moderne huiskamer om ons heen te kijken. Veel van de [[Kunststof (materiaal)|kunststof]]fen die we daar aantreffen worden ook in de glasvorm toegepast. De kristallijne vorm is bij polymere kunststoffen zelfs eerder uitzondering dan regel.
 
Het is zelfs mogelijk om metaalglazen te maken. Daartoe moet de smelt echter wel zeer snel afgekoeld worden, omdat glasvorming vooral gemakkelijk optreedt wanneer de smelt viskeus (stroperig) is en dat is bij metalen niet zo. De benodigde ultrasnelle afkoeling wordt bereikt door een dun straaltje gesmolten metaal op een trommel te schieten die snel ronddraait en van binnen uit sterk gekoeld wordt. Het zo gevormde materiaal heeft allerlei interessante eigenschappen maar kan slechts op kleine schaal en in dunne lagen vervaardigd worden
 
Er wordt daarom naarstig gezocht naar legeringen waarvan de glasvorming wat minder moeizaam is en er zijn nu inderdaad een aantal materialen bekend waarvan ook in grotere massa metaalglazen te vervaardigen zijn.<ref>''MRS Bulletin'', vol. '''32''', no. 8, augustus 2007</ref>
 
== Eigenschappen van glazen ==
Een groot voordeel van glazen is dat het [[isotroop|isotrope]] materialen zijn, die geen korrelgrenzen vertonen. De isotropie en de relatief gemakkelijke vormbaarheid van een glas maakt het mogelijk om 'glasheldere' doorzichtige voorwerpen te maken. Ook andere eigenschappen zoals [[Cohesie (natuurkunde)|sterkte]] en [[Hardheid (materiaalkunde)|hardheid]] zijn vaak erg goed en bovendien te regelen door de samenstelling te veranderen. Daarnaast kan glas goed tegen bijtende stoffen. Een nadeel is dat glas erg [[breekbaar]] is. Voor polymere glazen is dat ook het geval, maar het is mogelijk om materialen te maken die zowel glasachtige delen en rubberachtige delen bevatten, waardoor men het beste van twee werelden kan verkrijgen, zowel de hardheid van het glas en de taaiheid van de rubber. Een goed voorbeeld daarvan is [[HIPS]] (High-Impact Polystyrene).
 
== Glasovergang ==
Wanneer een [[vloeistof]] voldoende snel wordt afgekoeld, ontbreekt vaak de mogelijkheid om te kristalliseren, doordat het materiaal de gelegenheid niet krijgt om groeikernen voor de kristalgroei te vormen. Bij het glaspunt of [[glastemperatuur]], een temperatuur die meestal veel lager ligt dan het kristallijne [[smeltpunt]] ondergaat het materiaal dan een ander soort stollingsproces: een [[glasovergang]]. Bij beide vormen van stolling (glaspunt en vriespunt) gaan veel vrijheidsgraden van beweging verloren en kunnen de [[atoom|atomen]] van het materiaal niet meer vrij bewegen, maar alleen nog om een evenwichtspunt trillen. Het verschil tussen de twee overgangen is dat bij het vriespunt ook een ordening van de structurele eenheden van de stof plaatsvindt, wat bij een glasovergang achterwege blijft.
Onder het glaspunt is het systeem een ''[[Amorf|amorfe vaste stof]]'', erboven een ''onderkoelde vloeistof''. Het smeltpunt voor gewoon glas ligt rond de 520-600&nbsp;°C.
 
== Vloeistof of vaste stof ==
Er werd vroeger wel gezegd dat glas eigenlijk een vloeistof is die zeer langzaam stroomt. Dit zou te meten zijn door in oude ruiten de dikte van de onderkant te vergelijken met die van de bovenkant.<ref name="Bryson">Een kleine geschiedenis van bijna alles, Bill Bryson ISBN 90-450-0970-6</ref> Dat verhaal, dat ook op scholen werd onderwezen, is echter onjuist. Volgens een berekening van Edgar Dutra Zanotto van de Universiteit van Sao Carlos in Brazilië in het [[American Journal of Physics]] zou zelfs glas met een lage [[viscositeit]] er 10<sup>32</sup> jaar over zou doen om merkbaar te vervormen.<ref name="">http://www.sciencenews.org/pages/sn_arc98/5_30_98/fob3.htm Analysis shatters cathedral glass myth by C. Wu</ref> Aangezien dit vele malen langer zou duren dan de [[leeftijd van het heelal]] kan men bij kamertemperatuur moeilijk enige vloeiverschijnselen waarnemen. De dikteverschillen in oude ruiten zijn te verklaren uit fabricagemethoden die in het verleden werden gebruikt. Glasplaten werden gemaakt door het [[Viscositeit|dikvloeibare]] glas rond te draaien. De buitenste rand werd daarbij dikker. Bij het plaatsen van de rechthoekig gesneden ruit, plaatste men de dikste kant aan de onderzijde, vanwege de stabiliteit.
 
Er zijn wel stroperige vloeistoffen die eruitzien als een vaste stof, maar waarvan duidelijk is aangetoond dat het om een vloeistof gaat met een zeer hoge viscositeit, bijvoorbeeld [[pek]] of [[bitumen]] bij het [[pekdruppelexperiment]]. Daarbij gaat het om materialen waarvan het glaspunt veel dichter bij kamertemperatuur ligt ([[glasovergang]]).
 
Volgens een andere benadering zou een glas een [[superkoeling|onderkoelde vloeistof]] zijn. Deze benadering gaat ervan uit dat een vloeistof bij afkoeling een vloeistof blijft, zolang het niet [[kristallisatie|kristalliseert]] tot een kristallijne vaste stof. Aangezien glas niet uit [[kristal (natuurwetenschappen)|kristallen]] is opgebouwd, zou het geen [[vaste stof]] zijn. Een praktischer definitie noemt een stof een vloeistof als het een homogene stof is die kan vloeien, of het nu kristallijn of amorf is. Ook een glas als dit is volgens die definitie duidelijk een vaste stof.
 
In het algemeen is er duidelijk een temperatuur aan te wijzen waarbij een glas smelt en overgaat in een stroperige vloeistof en daarom worden in de wetenschap glazen in het algemeen onderscheiden van onderkoelde vloeistoffen. Ook volgens deze definitie is het antwoord op de vraag of een glas een vloeistof is dus negatief: een glas is iets anders dan een onderkoelde vloeistof.
 
Een voorname bron van verwarring daarbij is dat het overgangspunt afhankelijk is van de frequentie van de temperatuurfluctuatie waarmee men het fenomeen bestudeert. Bij hogere frequentie is het punt wat hoger. Wanneer men een materiaal neemt waarvan het glaspunt vlak bij kamertemperatuur ligt is het dus goed mogelijk dat het breekt als een glazen vaste stof als men het snel op de grond gooit, maar vloeit als een vloeistof als men op een veel grotere tijdschaal bekijkt. Men spreekt van het tijd-temperatuur-superpositieprincipe om aan te duiden dat de tijdschaal en de temperatuurschaal gedeeltelijk uitwisselbaar zijn. De verschuiving van de [[glastemperatuur]] (T<sub>g</sub>) met de tijdschaal is echter niet groot en dat verklaart ook waarom ver beneden het glaspunt (zoals voor vensterglas bij kamertemperatuur) geen vloeistofgedrag meer te verwachten is.
 
Voor veel polymeren ligt dat wat anders. Dat zijn vaak glazen met een glastemperatuur die slechts 100-200&nbsp;°C beloopt in plaats van 700-1000&nbsp;°C voor silicaten. Hoewel vloei ook voor deze materialen nauwelijks een rol speelt is er soms wel sprake van ''veroudering'' (aging) waarbij onder loop van jaren de mechanische eigenschappen van het polymeer geleidelijk veranderen. Dit is vooral een zaak waarmee men rekening moet houden als men de kunststof in een constructie wil toepassen. Ook deze veroudering is een gevolg van de nabijheid van het glaspunt.
 
== Zie ook ==
* [[Glasbeton]]
* [[Glasblazen]]
1

bewerking