ANORGANISCHE GLASCHEMIE

Fabian Immink, Thomas Seidel, Manuel Westbomke

18.05.2012

GLIEDERUNG• Was ist Glas?• Eigenschaften• Glassorten• Färbung von Gläsern• Einsatzgebiete von Glas• Herstellungsprozessg p• Zahlen aus der Glasindustrie• Silicium-Mineralien

WAS IST GLAS?• Amorphe Substanz

• Zustand zwischen flüssig und kristallinZustand zwischen flüssig und kristallin

• Inseln kristallähnlicher Nahordnung, die aber untereinander einen unregelmäßigen Verbanduntereinander einen unregelmäßigen Verband bilden

• Festkörper jedoch nichtergodisch• Festkörper, jedoch nichtergodisch

• Thermodynamisch: gefrorene und unterkühlte FlüssigkeitFlüssigkeit

• Ohne zu kristallisieren erstarrte Schmelzen

WAS IST GLAS?SIO ALS GLAS SIO2 ALS KRISTALL:

QUARZ-KRISTALLSIO2 ALS GLAS: QUARZGLAS

EIGENSCHAFTEN• Optisch durchsichtig

• Kein definierter Schmelzpunkt sondern einKein definierter Schmelzpunkt sondern ein Erweichungsbereich

• Transformationsbereich bei ca 600°CTransformationsbereich bei ca. 600 C

• Langes Erwärmen unterhalb des Erweichungspunktes führt zu KristallisationErweichungspunktes führt zu Kristallisation Trübung

• Gebrauchsglas hat eine Dichte von ca 2500 kg/m³• Gebrauchsglas hat eine Dichte von ca. 2500 kg/m³

EIGENSCHAFTEN• Gebrauchsglas hat eine Dichte von ca. 2500 kg/m³

• Bruchfestigkeit wird stark von der Qualität der• Bruchfestigkeit wird stark von der Qualität der Oberfläche bestimmt

it h d i t t Ch ik li• weitgehend resistent gegen Chemikalien (Ausnahme: Flusssäure)

• hohen elektrischen Widerstand bei Raumtemperatur, fällt allerdings mit steigender Temperatur starkTemperatur stark

GLASSORTENGLASSORTENNATRON-KALK-GLAS (NORMALGLAS)

Eigenschaften und Verwendung:

• Erweichung bei 500-600°C, wird von Laugen g , gangegriffen

• Geschmacksneutral Flaschen, Fensterglas• Hohe Wärmedehnung ungeeignet im Labor

Zusammensetzung:

• 75,5% SiO2, 2

• 12,9% Na2O• 11,6% CaO, %

GLASSORTENGLASSORTENKALI-KALK-GLAS (BÖHMISCHES KRISTALLGLAS)

Zusammensetzung:

• 76,0% SiO2, 2

• 14,1% K2O• 6,7% CaO6, % CaO

Eigenschaften und Verwendung:

• Erweichung bei 700-800°C schwer schmelzbar• Geringerer CaO-Anteil als im Normalglas

verbesserte Resistenz gegenüber Wasser• für chemische Geräte (Verbrennungsrohre, für

optische Zwecke z.B. Kronglas)

GLASSORTENGLASSORTENBOR-TONERDE-GLÄSERZusammensetzung:

• SiO2 wird teilweise durch Al2O3 und/oder 2 2 3B2O3 ersetzt

Eigenschaften und Verwendung:

• Boroxid verringert Ausdehnungskoeffizienten• Durch Aluminiumoxid wird Sprödigkeit herabgesetzt • Geringere Wärmeausdehnung• Beständig gegen Laugen• für chemische Geräte und feuerfeste Schüsseln

GLASSORTENGLASSORTENBOR-TONERDE-GLÄSERBeispiel:

• Duran-Glas:Duran Glas:• 74,4 % SiO2

• 8 5% Al O• 8,5% Al2O3

• 4,6% B2O3

7 7% N O 3 9% B O C O d M O• 7,7% Na2O, 3,9% BaO, CaO und MgO

• Erweichungstemperatur bei 600-700°C

• Ursprünglich für Geräte in chemischen Laboratorien gedacht nun aber auch im HaushaltHaushalt

FÄRBUNG VON GLÄSERN• Zur Glasschmelze wird wenig Metalloxid

zugegeben (0 1%)zugegeben (0 - 1%)

• Reflektionen der Nanopartikel sorgen für hi dli h R fl k i Fä bunterschiedliche Reflektionen Färbung

In2O3: gelb 2 3 g

Cu2O: rot

CoO – Co2O3: blau

NiO: rotNiO: rot

EINSATZGEBIETE VON GLAS

• Ernährungs- und GetränkeindustrieGetränkeindustrie

• Architektur und BauindustrieBauindustrie

• Kraftfahrzeugindustrie

• Elektronikindustrie

EINSATZGEBIETE VON GLAS

• Haushalt- und GastronomieGastronomie

• Medizin, Forschung und WissenschaftWissenschaft

• Chemie, Pharmazie, Kosmetik

• Möbelindustrie und Innenausbau

HERSTELLUNGSPROZESSEs kann in vier Phasen unterteilt werden

• GemengeGemenge

• Mischen der einzelnen Komponenten• Quarzsand (SiO )• Quarzsand (SiO2) • Natriumcarbonat (Na2CO3)• Pottasche (K2CO3)Pottasche (K2CO3) • Feldspat (NaAlSiO3) • Kalk (CaCO3) a (CaCO3)• Dolomit (CaMg[CO3]2) • Altglas (60 %)g ( )

HERSTELLUNGSPROZESS• Schmelze

• RauhschmelzeRauhschmelze• Bei 1480 °C schmilzt das Gemenge• Buddling (Einleitung von Gase zur besserenBuddling (Einleitung von Gase zur besseren

Durchmischung)• LäuterungLäuterung

• Austreiben Blasen in der Schmelze bei ca. 1400 °C

• Arbeitswanne• hier kühlt das Glas ab

HERSTELLUNGSPROZESS• Formgebung

• Durch IS Maschinen werden Hohlgläser geformtDurch IS Maschinen werden Hohlgläser geformt• TEL-Verfahren – Glasfaser• Float-Verfahren – FlachglasFloat Verfahren Flachglas• Ziehverfahren - Rohrglas

• Kühlung• Kühlung

• Durch die entsprechende Formgebung entstehen gewisse Spannungen im Glas dieseentstehen gewisse Spannungen im Glas, diese werden durch tempern bei 590°C bis 450 °C abgebautg

BEISPIEL DER GLASHERSTELLUNG BEISPIEL DER GLASHERSTELLUNG BEIM FLOAT-VERFAHREN

ZAHLEN AUS DER GLASINDUSTRIEGlasindustrie Deutschlands 2010:

• Umsatz : 9 29 Mrd Euro Umsatz• Umsatz : 9,29 Mrd. Euro Umsatz

• Produktion: 8.600 Mio. t

• Beschäftigte: 53.000 Mitarbeiter / 400 Betriebe

• 40% Flachglasproduktion

• 60% Behälterglasproduktion

• 0,1% Spezialglasproduktion – 10 % Wert!

SILICIUM-MINERALIENAMETHYST• SiO2 + (Al, Fe, Ca, Mg, Li, Na)

• Größtes Vorkommen in Europa in Niederösterreich• Größtes Vorkommen in Europa in Niederösterreich

• Farbgebende Gitterdefekte durch Fe4+-Ionen

SILICIUM-MINERALIENOPAL• SiO2·n H2O

• Australien bedeutendster Exporteur (95 %)• Australien bedeutendster Exporteur (95 %)

SILICIUM-MINERALIENQUARZ / BERGKRISTALL• Extreme Härte

• Gut entwickelte Kristalle• Gut entwickelte Kristalle

• Al3+, Na+, Li+, Fe3+ nur in Spuren im Kristallgitter i beingebaut

QUELLEN• http://www.bvglas.de

• http://www interpane com/medien/floatglasanlage jpghttp://www.interpane.com/medien/floatglasanlage.jpg

• http://de.wikipedia.org/

All i d A i h Ch i “ (Bi i• „Allgemeine und Anorganische Chemie“ (Binnewies, Jäckel, Willner, Rayner-Canham) Spektrum Akademischer Verlag 2004Akademischer Verlag 2004

VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT