This post is also available in: Engels Frans Duits Italiaans Pools Portugees, Portugal Spaans

Nu zie je het, nu niet. Glas is een beetje een raadsel. Het is moeilijk genoeg om ons te beschermen, maar het verbrijzelt met ongelooflijk gemak. Het is gemaakt van ondoorzichtig zand, maar het is volledig transparant. En, misschien wel het meest verrassend van alles, het gedraagt zich als een solide materiaal … maar het is ook een soort rare vloeistof in vermomming! Je kunt glas vinden waar je ook kijkt: de meeste kamers in je huis hebben een glazen raam en, zo niet, misschien een glazen spiegel… of een glazen gloeilamp. Glas is een van ’s werelds oudste en meest veelzijdige door mensen gemaakte materialen. Laten we er wat meer over te weten komen.

Wat is glas?

Foto: Glas kan worden gebruikt om andere materialen te recyclen. Uraniumglas heeft een ongewone geelgroene kleur en gloeit in ultraviolet licht. Deze glasscherven werden gemaakt met behulp van afval uranium van de schoonmaak van de Fernald uraniumverwerkingsfabriek in de buurt van Cincinnati, Ohio, VS. Vitrificatie (het omzetten van een materiaal in glas) is een manier om nucleair afval veilig af te voeren. Foto door met dank aan het Amerikaanse ministerie van Energie.

Geloof het of niet, glas is gemaakt van vloeibaar zand. Je kunt glas maken door gewoon zand (dat meestal is gemaakt van siliciumdioxide) te verwarmen totdat het smelt en in een vloeistof verandert. Dat gebeurt niet op je plaatselijke strand: zand smelt bij de ongelooflijk hoge temperatuur van 1700°C (3090°F).

Wanneer gesmolten zand afkoelt, verandert het niet terug in het gruizige gele spul waarmee je begon: het ondergaat een volledige transformatie en krijgt een heel andere innerlijke structuur. Maar het maakt niet uit hoeveel je het zand koelt, het wordt nooit helemaal een vaste stof. In plaats daarvan wordt het een soort bevroren vloeistof of wat materialen die wetenschappers een amorfe vaste stof noemen. Het is als een kruising tussen een vaste stof en een vloeistof met een deel van de kristallijne orde van een vaste stof en een deel van de moleculaire willekeur van een vloeistof.

Glas is zo’n populair materiaal in onze huizen omdat het allerlei echt nuttige eigenschappen heeft. Afgezien van het feit dat het transparant is, is het goedkoop om te maken, gemakkelijk te vormen als het gesmolten is, redelijk bestand tegen hitte wanneer het is ingesteld, chemisch inert (dus een glazen pot reageert niet met de dingen die je erin stopt), en het kan een aantal keren worden gerecycled.

Hoe wordt glas gemaakt?

Kunstwerk: Glas maken vereenvoudigd: meng en verwarm zand en gerecycled glas met calciumcarbonaat en natriumcarbonaat.

Toen Amerikaanse wetenschappers in 1945 een prototype van de atoombom testten in de woestijn van New Mexico, veranderde de explosie het zand in de directe omgeving van de inslag in glas. Gelukkig zijn er eenvoudigere en minder extreme manieren om glas te maken, maar ze hebben allemaal enorme hoeveelheden warmte nodig.

In een commerciële glasfabriek wordt zand gemengd met afvalglas (van recyclinginzamelingen), natriumcarbonaat (natriumcarbonaat) en kalksteen (calciumcarbonaat) en verwarmd in een oven. De soda vermindert het smeltpunt van het zand, wat helpt om energie te besparen tijdens de productie, maar het heeft een ongelukkig nadeel: het produceert een soort glas dat zou oplossen in water! De kalksteen wordt toegevoegd om dat te voorkomen. Het eindproduct wordt soda-kalk-silicaglas genoemd. Het is het gewone glas dat we overal om ons heen kunnen zien.

Foto: Borosilicaatglas, zoals deze PYREX® kan (achterkant), is bestand tegen extreme temperatuurschommelingen, in tegenstelling tot normaal glas (voorkant), dat verbrijzelt. De gewone glazen pot aan de voorkant is een stuk dunner en aanzienlijk lichter. Je kunt ook heel duidelijk zien dat het borosilicaatglas een licht blauwachtige kleur heeft (net als het booroxide waaruit het is gemaakt).

Zodra het zand is gesmolten, wordt het ofwel in mallen gegoten om flessen, glazen en andere containers te maken, of “zwevend” (gegoten op een groot vat van gesmolten tinmetaal) om perfect vlakke glasplaten voor ramen te maken. Ongebruikelijke glazen containers worden soms nog steeds gemaakt door ze te “blazen”. Een “gob” (klomp) van gesmolten glas wordt rond een open pijp gewikkeld, die langzaam wordt gedraaid. Lucht wordt door het open uiteinde van de pijp geblazen, waardoor het glas als een ballon opblaast. Met vakkundig blazen en draaien kunnen allerlei geweldige vormen worden gemaakt.

Glasmakers gebruiken een iets ander proces, afhankelijk van het type glas dat ze willen maken. Meestal worden andere chemicaliën toegevoegd om het uiterlijk of de eigenschappen van het afgewerkte glas te veranderen. Chemicaliën op basis van ijzer en chroom worden bijvoorbeeld aan het gesmolten zand toegevoegd om groen getint glas te maken. Ovenbestendig borosilicaatglas (veel verkocht onder het handelsmerk PYREX®) wordt gemaakt door booroxide toe te voegen aan het gesmolten mengsel. Het toevoegen van loodoxide maakt een fijn kristalglas dat gemakkelijker kan worden gesneden; zeer gewaardeerd geslepen loodkristal schittert met kleur als het het licht dat er doorheen gaat breekt (buigt). Sommige speciale soorten glas worden gemaakt door een ander productieproces. Kogelvrij glas wordt gemaakt van een sandwich of laminaat van meerdere lagen glas en kunststof aan elkaar gebonden. Gehard glas dat in autoruiten wordt gebruikt, wordt gemaakt door gesmolten glas zeer snel te koelen om het veel harder te maken. Gebrandschilderd (gekleurd) glas wordt gemaakt door metaalverbindingen aan glas toe te voegen terwijl het is gesmolten; verschillende metalen geven de afzonderlijke segmenten van glas hun verschillende kleuren.

Is glas een stevige… of een vloeistof?

Kunstwerk: Boven: In een regelmatige kristallijne vaste stof zijn de atomen op een nette en voorspelbare manier gerangschikt. Onder: In een amorfe vaste stof, zoals glas, is de opstelling veel willekeuriger.

Het is een heel interessante vraag.

Het antwoord is beide – en geen van beide! Er zijn zeer uiteenlopende meningen over hoe te verwijzen naar materialen zoals glas die in sommige opzichten een beetje op vloeistoffen lijken en in andere opzichten een beetje op vaste stoffen lijken.

Op scholen en in boeken hebben we de neiging om te leren dat vaste stoffen allemaal een vaste structuur van atomen hebben.

In feite zijn er verschillende soorten vaste stoffen die zeer verschillende structuren hebben en niet alles wat we als “vast” beschrijven, gedraagt zich op precies dezelfde manier. Denk aan een klomp ijzer en een klomp rubber. Het is duidelijk dat het allebei vaste stoffen zijn, en toch is het rubber heel anders dan het ijzer. Binnenin hebben rubber en ijzer hun atomen (in het geval van ijzer) en moleculen (in het geval van

rubber) op totaal verschillende manieren gerangschikt. IJzer heeft een regelmatige of kristallijne structuur (zoals een klimrek met atomen op de hoeken), terwijl rubber een polymeer is (gemaakt van lange ketens van moleculen die losjes met elkaar verbonden zijn). Of denk aan water. Zoals je misschien hebt ontdekt, is water een bijna unieke vaste stof omdat het in het begin uitzet als het bevriest. Kortom, niet alles past netjes in onze ideeën over vast, vloeibaar en gas en niet alle vaste stoffen, vloeistoffen en gassen gedragen zich op een mooie, nette, gemakkelijk uit te leggen manier. De uitzonderingen zijn de dingen die wetenschap echt interessant maken!

Amorfe vaste stoffen

Laten we terugkeren naar glas. Kijk door een microscoop in wat glas en je zult zien dat de moleculen waaruit het is gemaakt in een onregelmatig patroon zijn gerangschikt. Daarom wordt glas soms een amorfe vaste stof genoemd (een vaste stof zonder de regelmatige kristallijne structuur die zoiets als een metaal zou hebben). U kunt ook glas zien dat wordt beschreven als een “bevroren onderkoelde vloeistof”. Dit is een andere manier om te zeggen “glas is een vloeistof die nog nooit is uitgezet”, wat de raadselachtige uitspraak is die je soms in wetenschappelijke boeken zult vinden. We zouden kunnen zeggen dat glas een beetje op een vloeistof lijkt en een beetje op een vaste stof. Het heeft een interne structuur die ergens tussen de structuur van een vloeistof en een vaste stof ligt, met een deel van de orde van een vaste stof en een deel van de willekeur van een vloeistof.

Glas is zeker niet de enige amorfe vaste stof. Het is mogelijk om een soort water te maken dat amorf ijs wordt genoemd en dat kan worden beschreven als tussen vast (water) en vloeibaar (ijs). Dit doe je door heel snel water te koelen. Het ijs vormt zich zo snel dat het geen tijd heeft om zijn normale, kristallijne structuur op te bouwen. Dus wat je krijgt ziet eruit als ijs, maar gedraagt zich in sommige opzichten als vloeibaar water. Andere stoffen kunnen ook tot amorfe vaste stoffen worden gemaakt. Zonnecellen worden vaak gemaakt van iets dat amorf silicium wordt genoemd.

Waar gebruiken we glas voor?

Glas begint je dag met een sprankeling: een blik op je horloge, een blik door het glazuur naar de zon of de regen, een frons in de spiegel, een lied uit de douche, terwijl je je wast met water dat warm van de zonnepanelen op het dak naar beneden druppelt. Glazen vullen de ontbijttafel, die zelf misschien van gerookt glas is gemaakt, en er zijn flessen en potten in alle soorten en kleuren. Als u ontbijt in uw keuken maakt, gebruikt u misschien een keramische kookplaat of een magnetron met een met metaal bekleed raam om de golven binnen te houden. Misschien kijk je naar croissants die warm worden door de Pyrex-ovendeur? (En is dat een glazen theepot?)

Wanneer u uw e-mail tijdens het ontbijt controleert (slechte gewoonte), ritsen internetgegevens met snelheid van het licht naar uw huis via optische vezels, net zoals zonlicht door de warmtereflecterende ramen stroomt die u koel houden. Je leest de woorden door het glazen LCD-paneel van je laptop of het geharde gorillaglas van je smartphone, beide opgeladen door zonne-energie van fotovoltaïsche panelen op het dak. Pratende hoofden mompelen naar je door het tv-scherm in de hoek.

Dan ga je op weg naar werk of school, in een met glas omwikkelde auto, bus, trein (misschien zelfs helikopter), gebogen onder energiezuinige lampen bedekt met glas om ze lang mee te laten gaan. Als je rijdt, kan de snelweg die je afdaalt gemaakt zijn van aggregaten en asfalt inclusief gerecycled glas; zelfs de witte strepen in het midden gebruiken kleine glazen kralen om ze in je koplampen te laten schijnen. Misschien val je onderweg in de bank of het postkantoor, glimlachend naar de caissière achter haar kogelvrije raam, terwijl je een snelle kopie maakt van je rijbewijs (dat je achteloos achterlaat op de glasplaat van het kopieerapparaat).

Foto: Glas brengt de buitenkant naar binnen! Dit is de prachtige Wayfarers Chapel in Rancho Palos Verdes, Californië, ontworpen door Lloyd Wright (zoon van Frank Lloyd Wright). Foto uit the Jon B. Lovelace Collection of California Photographs in Carol M. Highsmith’s America Project, Library of Congress, Prints and Photographs Division.

Als het een modern gebouw is, kan uw kantoor of school een mini-glazen kathedraal zijn; we beschouwen glas als broos en breekbaar, maar verhard het op de juiste manier en je kunt er muren, vloeren, daken en trappen van maken; winkels tonen hun waren door middel van enorme, gelamineerde panelen, gepolijst tot in de perfectie.

En dat is nog maar een kleine greep uit de dingen die glas voor ons doet. Er zijn nog veel meer plaatsen waar je het zult vinden, van de bollen in thermometers en de cermetvullingen in tanden tot de glasvezelrompen van boten, het “schuurpapier” dat we gebruiken voor het decoreren (wat vaak glaspapier is) en zelfs de rekstrookjes die ons waarschuwen wanneer gebouwen kraken. Helder, schoon, aantrekkelijk, niet-reactief, goedkoop, sterk en effectief. Wat wil je nog meer? Glas is een van die magische materialen die we absoluut als vanzelfsprekend beschouwen; overal en nergens – “onzichtbaar transparant”, dus we merken niet eens dat het er is!

Bron