Chemische Zusammensetzung und Beständigkeit von Glas

Chemische Zusammensetzung von Glas

Glas ist eine amorphe Substanz, die hauptsächlich aus Siliziumoxid (SiO2) besteht. Im engeren Sinne versteht man unter Glas vor allem erstarrte anorganische Schmelzen auf der Basis von Siliciumoxid (SiO2), Calciumoxid (CaO), Natriumoxid (Na2O), Magnesiumoxid (MgO) und Aluminiumoxid (Al2O2). Durch die Beimengung von Zusätzen lassen sich die Eigenschaften des Glases beeinflussen.

Beim Erstarren des Glases bilden die Siliciumoxide kein regelmäßiges Netzwerk aus SiO₄-Tetraedern, sondern eine unregelmäßige Netzwerkstruktur, in welche die Alkalien eingelagert sind.

Entsprechend der chemischen Zusammensetzung lassen sich drei Hauptgruppen von Glas unterscheiden:

• Kalknatronglas
• Borosilikatglas und 
• Bleiglas.

Kalknatronglas

Dieses Glas gehört zur Gruppe der Alkali-Kalk-Gläser. Es besteht zu rund 71 – 75 % aus Sand (Siliziumdioxid, SiO2), 12 – 16 % aus Natriumoxid, 10 – 15 % aus Kalk (Calciumoxid) und zu wenigen Prozenten aus anderen Zuschlagstoffen.

Borosilikatglas

Borosilikatgläser weisen eine höhere Beständigkeit gegenüber chemischen Einwirkungen auf als Kalknatrongläser.
Borosilikatglas besteht aus Siliciumoxid (SiO₂), Bortrioxid (B₂O₃), Natriumoxid (Na₂O), Kaliumoxid (K₂O) und Aluminiumoxid (Al₂O₃).

Bleigläser

In der Zusammensetzung wird bei Bleigläsern anstelle von Calciumoxid ein größerer Anteil an Bleioxid eingesetzt. Bleigläser sind leichter schmelzend und haben eine höhere Dichte.

Chemische Beständigkeit

Ein besonderer Vorteil von Glas gegenüber vielen anderen Werkstoffen ist seine chemische Beständigkeit gegenüber einer Vielzahl von aggressiven Medien.
Glas ist sehr beständig gegen die meisten Chemikalien. Diese Beständigkeit nimmt mit steigendem SiO₂-Gehalt zu und kann durch die Zusammensetzung des Glases beeinflusst werden. 

Unmittelbar sichtbare Zerstörungen ruft Flusssäure (HF) hervor, die mit dem SiO2 zum gasförmigen Siliciumtetrafluorid reagiert und so die Netzstruktur des Glases zerstört.
Flusssäure wird zum Glasätzen verwendet.

Glas ist außerdem gegen viele wässrige Lösungen nicht absolut stabil. Sowohl saure als auch basische Lösungen können die Glasoberfläche angreifen.
Basische Lösungen (Kalkwasser, Mörtelwasser) greifen das Si-O-Netzwerk an. Es entstehen lösliche Kieselsäuren und die Glasstruktur wird zerstört. Es treten irreparable Schäden auf.
Stehen Gläser länger im Wasser, können sie im Grenzbereich zwischen Wasser und Luft beschädigt werden. Durch das Herauslösen von Natriumionen kann in Verbindung mit Wasser Natronlauge entstehen. Diese kann die Oberflächen beschädigen.

Um Beschädigungen von Glas durch Laugen und wässrige Lösungen zu vermeiden, sollten einige Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden. Wo immer es möglich ist, sollte der direkte Kontakt von Glas mit solchen Substanzen verhindert werden.

Insgesamt ist Glas ein äußerst widerstandsfähiges Material. Mit der richtigen Planung und Vorsichtsmaßnahmen können Beschädigungen durch Laugen und wässrige Lösungen vermieden werden, und das Glas kann seine hervorragende chemische Beständigkeit und Klarheit über lange Zeiträume hinweg bewahren.