Kjemien bak glass
Kjemien bak glass
Hovedbestanddelen i flatglass er SiO₂ (silisiumsand). Dette materialet har et høyt smeltepunkt på rundt 1700 °C, og tilstanden ved denne temperaturen kan sammenlignes med sirup på en svært kald dag. Den grunnleggende byggesteinen i silika har form som en tetraedrisk pyramide, med silisium i sentrum som er symmetrisk bundet til fire oksygenatomer i hjørnene. Den kjemiske formelen er SiO₄, og strukturen har en negativ ladning.
Når smeltet silika avkjøles raskt, dannes et tilfeldig organisert nettverk av disse tetraedrene. De er bundet sammen i hjørnene og danner et amorft materiale kjent som silikaglass.
Av praktiske og økonomiske årsaker reduseres silikas høye smeltepunkt og viskositet ved å tilsette natriumoksid (et flussmiddel) i form av et karbonat. Natrium- og oksygenatomene inngår deretter i silisium-oksygen-nettverket i samsvar med sine valenstilstander. Disse atomene kalles nettverksdannere. Andre viktige bestanddeler i flatglass er kalsium og magnesium. Disse inngår i nettverksstrukturen som nettverksmodifikatorer. Virkningen av disse modifikatorene er å gjøre strukturene mer komplekse, slik at det under avkjølingen blir vanskeligere for atomene å organisere seg i mønstre som kan føre til krystallisering. I glassproduksjonen kontrolleres avkjølingshastigheten slik at viskositeten øker og atombevegelsene hemmes. Dette forhindrer at atomene organiserer seg og at krystallisering oppstår.
Glass omtales derfor ofte som en underkjølt væske, fordi det verken har et definert krystallisasjons- eller smeltepunkt, og heller ikke viser fenomenet latent krystallisasjons- eller smeltevarme.