Boje stakla

Hemičar će reći da je staklo otopljena homogena smeša oksida, sa SiO2 kao najčešćim sastojkom. Za kristalografe – to je čvrsta amorfna supstanca. Proizvođači hrane i lekova kažu da je to prozirni inertni materijal, a tehnolozi dodaju da se može reciklirati. Staklo je više puta revolucionarno promenilo i arhitekturu i čini se da nema oblasti u kojoj se ne koristi.

Uopšteno, staklo sadrži gradivne okside, topitelje i dodatne supstance koje čine staklo otpornim, a proizvodnja stakla se detaljno uči na predmetu Industrijska hemija. Staklo je moguće napraviti najmanje na hiljadu načina, ali se izdvojilo pet klasa koje su ostavile najdublji trag u istoriji (pogledaj tabelu).

Hemijski sastav		1	2	3	4	5
Silicijum-dioksid	SiO₂	73,6%	80,0%	35,0%	96,5%	67,0%
Natrijum-oksid	Na₂O	16,0	4,0	—	—	18,0
Kalcijum-oksid	CaO	5,2	—	—	—	8,0
Kalijum-oksid	K₂O	0,6	0,4	7,2	—	1,0
Magnezijum-oksid	MgO	3,6	—	—	—	1,0
Aluminijum-oksid	Al₂O₃	1,0	2,0	—	0,5	2,5
Gvožđe(III)-oksid	Fe₂O₃	—	—	—	—	0,5
Bor-oksid	B₂O₃	—	13,0	—	3,0	—
Olovo(II)-oksid	PbO	—	—	58,0	—	0,01

Izvor: Muzej stakla Korning

Staklo 1 je moderno staklo za ambalažu i građevinu, dok je 2 karakteristično za laboratorijsku primenu. Olovno staklo (3) ima odlične optičke osobine, a staklo 4 sa visokim sadržajem SiO2 izdržava veoma visoke temperature. Staklo sa sastavom navedenim u koloni 5 bilo je karakteristično za rimsko doba i danas ima samo istorijsku vrednost.

IPAK TEČE?

Sigurno ste već čuli za staklene prozore na starim katedralama koji dokazuju da je staklo prehlađena tečnost i da vrlo sporo teče, što se ogleda u debljini okna na vrhu i dnu prozora. Naučnici su dokazali da je ovo samo mit. Ne možemo za hiljadu godina uvideti tečenje stakla, budući da ono „teče“ samo 1 nm tokom milijarde godina, kažu Gulbiten i saradnici. Deblje staklo na donjem delu prozora verovatnije je posledica načina proizvodnje stakla, a ne samog tečenja.

MODERNI ILI PRAISTORIJSKI IZUM

Prvi staklasti materijal koji su koristili ljudi je opsidijan – naglo ohlađena lava – prirodno staklo vulkanskog porekla. Oštre ivice opsidijana bila su prva sečiva i strele. Pre oko 6000 godina su ljudi pravili i staklaste glazure, dok su prve staklene posude napravili Mesopotamci tek pre oko 3500 godina. Sledeći veliki događaj u istoriji je duvanje stakla, a po tome pamtimo Feničane, oko 200 godina p.n.e.

Evolucija stakla koja je usledila ima tipičan put kao sve ostale oblasti čovečanstva – uz greške i ponovne pokušaje došli smo do neverovatno ravnih optičkih elemenata za teleskope i mikroskope, čitate ovaj tekst zahvaljujući optičkim kablovima, ali i imamo prelepo stakleno posuđe i lustere.

OBLICI

Gledajući alhemijske udžbenike ili zanimljive primerke eksponata u Zbirci velikana srpske hemije na Hemijskom fakultetu u Beogradu, može delovati da nikad nećemo otkriti koja je bila namena pojedinih staklenih predmeta. Sa druge strane, jasno se uočava i duga istorija, ali i spora evolucija drugih primeraka staklarskog umeća. Odličan primer je retorta. U laboratoriji sigurno od srednjeg veka, a danas samo u posebnim naučnim muzejima, retorta u laboratoriji zamenjena je balonom i kondenzatorom.

KRALJ LABORATORIJSKOG STAKLA

Pre malo više od sto godina, Pireks (Pyrex) boroslikatno staklo pronašlo je put do hemijskih laboratorija širom sveta. Do dana današnjeg, ova vrsta stakla ostala je zlatni standard kao materijal za laboratorijsko posuđe zbog prozirnosti, hemijske internosti i termostabilnosti. Uporedo sa hemijskim sastavom, način proizvodnje stakla promenio je pravac od zanatskog, skoro umetničkog pristupa ka masovnoj industrijskoj produkciji. Imati stakloduvača na fakultetu kao što je to slučaj sa Hemijskim fakultetom, prava je retkost.

STAKLO BEZ BOJE

Boja stakla zavisi od sastava, a odnos glavnih komponenata stakla, što su najčešće oksidi silicijuma, kalcijuma i natrijuma, zavisi od njegove namene. Možda ne deluje tako, ali čak i bezbojno staklo ima boju. Ako pogledate ivice stakla čaše iz koje pijete vodu, videćete plavozelenu prebojenost. Ona potiče od tragova Fe3+ u kvarcnom pesku koji je osnovna komponenta stakla.

PRVA BOJENA STAKLA

Prva obojena stakla nastala su verovatno slučajno, zahvaljujući mineralnim nečistoćama u sirovinama, dok prve široko prihvaćene recepte za dobijanje obojenog stakla pomoću oksida metala potiču iz osmog veka. Značajni persijski alhemičar, Džabir ibn Hajan, ili latinizovano Geber, za koga nije sigurno da li je jedna osoba ili brend iza kog je stajala armija predanih hemičara, zapisao je i mnoge druge hemijske postupke.

Religiozne ustanove, kao što su crkve, džamije i sinagoge širom sveta često su naručivale izuzetno skup vitraž, likovna dela koja se prave od najrazličitijih komadića obojenog stakla, ali se neretko sreću i na značajnim državnim institucijama, poput zgrada skupština ili akademija.

SVE BOJE DUGE U STAKLU

Kada govorimo o bojenom staklu, najčešće mislimo na dodatak oksida pojedinih prelaznih metala tokom topljenja, kada čitava smeša liči na gustu crvenu tečnost u peći.

Na primer, kako bi se dobila zelena boja stakla, dodaje se Fe2+ ili Cr3+, dok braon boja pivskih flaša potiče od Ni2+. Jedinjenja Cu2+ i Co2+ daju plavu boju, a Mn3+ doprinosi ljubičastim nijansama. Za dobijanje crvenog stakla mogu se upotrebiti koloidne čestice Au ili Se. Krajnja boja staklenog predmeta zavisi od koncentracije dodatog sredstva za bojenje, kao i od njihove kombinacije.

BOJA POD NEVIDLJIVOM SVETLOŠĆU

Posebne vrste stakla postaju još zanimljivije kada se osvetle UV-A svetlošću (poznate još i kao crna svetlost). Jedan od takvih primera nalazi se i u svojevrsnim Gajslerovim cevima u Kolekciji stakla Zbirke velikana srpske hemije. Gajslerove cevi su preteče današnjih neonki, samo zabavnije. Zapravo, ispunjene su jonizujućim gasom i kada se povežu na izvor struje, zanimljivo svetle. Oksid urana je pod vidljivom svetlošću svetlozelen, ali fluerescira pod svetlošću iz UV-A oblasti.