ANORGANISCHE GLASCHEMIE Fabian Immink, Thomas Seidel, Manuel Westbomke 18.05.2012
GLIEDERUNG Was ist Glas? Eigenschaften Glassorten Färbung von Gläsern Einsatzgebiete von Glas Herstellungsprozess Zahlen aus der Glasindustrie Silicium-Mineralien
WAS IST GLAS? Amorphe Substanz Zustand zwischen flüssig und kristallin Inseln kristallähnlicher Nahordnung, die aber untereinander einen unregelmäßigen Verband bilden Festkörper, jedoch nichtergodisch Thermodynamisch: gefrorene und unterkühlte Flüssigkeit Ohne zu kristallisieren erstarrte Schmelzen
WAS IST GLAS? SIO 2 ALS KRISTALL: QUARZ-KRISTALL SIO 2 ALS GLAS: QUARZGLAS
EIGENSCHAFTEN Optisch durchsichtig Kein definierter Schmelzpunkt sondern ein Erweichungsbereich Transformationsbereich bei ca. 600 C Langes Erwärmen unterhalb des Erweichungspunktes führt zu Kristallisation Trübung 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 Oberfläche bestimmt weitgehend resistent t gegen Chemikalien (Ausnahme: Flusssäure) hohen elektrischen Widerstand bei Raumtemperatur, fällt allerdings mit steigender Temperatur stark
GLASSORTEN NATRON-KALK-GLAS (NORMALGLAS) Eigenschaften und Verwendung: Erweichung bei 500-600 C, wird von Laugen angegriffen Geschmacksneutral Flaschen, Fensterglas Hohe Wärmedehnung ungeeignet im Labor Zusammensetzung: 75,5% SiO 2 12,9% Na 2 O 11,6% CaO
GLASSORTEN KALI-KALK-GLAS (BÖHMISCHES KRISTALLGLAS) Zusammensetzung: 76,0% SiO 2 14,1% K 2 O 6,7% 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)
GLASSORTEN BOR-TONERDE-GLÄSER Zusammensetzung: SiO 2 wird teilweise durch Al 2 O 3 und/oder 2 2 3 B 2 O 3 ersetzt Eigenschaften und Verwendung: Boroxid verringert Ausdehnungskoeffizienten Durch Aluminiumoxid wird Sprödigkeit herabgesetzt Geringere Wärmeausdehnung Beständig gegen Laugen für chemische Geräte und feuerfeste Schüsseln
GLASSORTEN BOR-TONERDE-GLÄSER Beispiel: Duran-Glas: 74,4 % SiO 2 85%AlO 8,5% 2 3 4,6% B 2 O 3 77%N 7,7% Na 2 O, 3,9% BaO, CaO und MgO Erweichungstemperatur bei 600-700 C Ursprünglich für Geräte in chemischen Laboratorien gedacht nun aber auch im Haushalt
FÄRBUNG VON GLÄSERN Zur Glasschmelze wird wenig Metalloxid zugegeben (0-1%) Reflektionen der Nanopartikel sorgen für unterschiedliche h Reflektionen Färbung In 2O 3: gelb Cu 2 O: rot CoO Co 2 O 3 : blau NiO: rot
EINSATZGEBIETE VON GLAS Ernährungs- und Getränkeindustrie Architektur und Bauindustrie Kraftfahrzeugindustrie Elektronikindustrie
EINSATZGEBIETE VON GLAS Haushalt- und Gastronomie Medizin, Forschung und Wissenschaft Chemie, Pharmazie, Kosmetik Möbelindustrie und Innenausbau
HERSTELLUNGSPROZESS Es kann in vier Phasen unterteilt werden Gemenge Mischen der einzelnen Komponenten Quarzsand (SiO 2 ) Natriumcarbonat (Na 2 CO 3 ) Pottasche (K 2 CO 3 ) Feldspat (NaAlSiO 3 ) Kalk (CaCO 3 ) Dolomit (CaMg[CO 3 ] 2 ) Altglas (60 %)
HERSTELLUNGSPROZESS Schmelze Rauhschmelze Bei 1480 C schmilzt das Gemenge Buddling (Einleitung von Gase zur besseren Durchmischung) Läuterung Austreiben Blasen in der Schmelze bei ca. 1400 C Arbeitswanne hier kühlt das Glas ab
HERSTELLUNGSPROZESS Formgebung Durch IS Maschinen werden Hohlgläser geformt TEL-Verfahren Glasfaser Float-Verfahren Flachglas Ziehverfahren - Rohrglas Kühlung Durch die entsprechende Formgebung entstehen gewisse Spannungen im Glas, diese werden durch tempern bei 590 C bis 450 C abgebaut
BEISPIEL DER GLASHERSTELLUNG BEISPIEL DER GLASHERSTELLUNG BEIM FLOAT-VERFAHREN
ZAHLEN AUS DER GLASINDUSTRIE Glasindustrie Deutschlands 2010: 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-MINERALIEN AMETHYST SiO 2 + (Al, Fe, Ca, Mg, Li, Na) Größtes Vorkommen in Europa in Niederösterreich Farbgebende Gitterdefekte durch Fe 4+ -Ionen
SILICIUM-MINERALIEN OPAL SiO 2 n H 2 O Australien bedeutendster Exporteur (95 %)
SILICIUM-MINERALIEN QUARZ / BERGKRISTALL Extreme Härte Gut entwickelte Kristalle Al 3+, Na +, Li +, Fe 3+ nur in Spuren im Kristallgitter eingebaut
QUELLEN http://www.bvglas.de http://www.interpane.com/medien/floatglasanlage.jpg http://de.wikipedia.org/ Allgemeine und Anorganische Chemie (Binnewies, i Jäckel, Willner, Rayner-Canham) Spektrum Akademischer Verlag 2004
VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT