HEMIJA

Pripremio: I.Radovanović

Priča o nemetalima: staklo
PROVIDNI NERED

Mali broj supstanci koje koristimo u svakodnevnom životu može da se, po značaju i upotrebljivosti, uporedi sa staklom. Staklo je toliko obično i toliko jeftino da smo skloni da izgubimo iz vida njegove jedinstvene osobine

Staroegipatski majstori za izradu stakla: scena sa zida hrama u Ben Hasamu.

Prva proizvodnja stakla vezana je za Egipat i počela je pre gotovo pet hiljada godina. Plinije Stariji, u svojoj “Istoriji prirode” piše: “Brod sa sodom usidrio se na obali reke Belus, u Fenikiji. Trgovci koji su spremali jelo na morskoj obali uzeli su grumenja sode da bi na njih stavili zemljane sudove iznad vatre. Toplota plamena otopila je sodu koja je, u kombinacji sa peskom, stvorila providnu nepoznatu tečnost koja je posle hlađenja očvrsla.”

Staklo je amorfni čvrsti material dobijen topljenjem silicijumdioksida (SiO2), peska, sa baznim oksidima. Silicijumdioksid je najraspostranjeniji mineral na Zemlji. Kada je prozračan, naziva se kvarc ili gorski kristal. Prelepo drago ili poludrago kamenje, kao što su ametist, opal, ahat, citron… po hemijskom sastavu je takođe silicijumdiosksid.

Duvanje stakla, detalj slike “Putovanja ser Džona Mendvila” (Britanski muzej)

Prosto natrijum-kalcijumovo staklo može da se predstavi formulom Na2Ca Si6O14, koja je slična formuli granita, ali su osobine potpuno drugačije. Osnovna struktura stakla je atom silicijuma, tetraedarski okružen sa četiri atoma kiseonika. Ta veza daje trodimenzionalnu strukturu koja staklu daje svojstvene osobine. Međutim, za razliku od čvrstih kristala. staklo nema uređenu strukturu i mnoge veze Si-O su u prekidu. Zbog ovoga staklo se ponekad naziva “podhlađena tečnost”, javlja se kao čvrsta materija a nema određenu tačku topljenja.

Delimičnom zamenom natrijuma i kalcijuma drugim metalima, dobija se staklo različitih boja i osobina. Neke primese ulaze u staklo sa polaznim sirovinama a neke se dodaju staklu da bi mu se promenile osobine. U primese prvog tipa spadaju jedinjenja dvovalentnog gvožđa, koje staklu daju zelenu boju. Da bi se ova boja uklonila, masi se obično dodaju male količine mangana ili selena, koje sa staklom daju ružičastu boju komplementarnu zelenoj. Time se staklo obezbojava.

Primese drugog tipa unose se veštački i imaju različit uticaj na boju i osobine stakla. Plavo kobaltno staklo se dobija dodavanjem kobalt oksida i ceri oksida staklenoj masi. Rubincrvena boja se dobija dodavanjem selen i kadmijum sulfida ili bakar oksida. Smaragdno zeleno staklo dobija se dodavanjem hromtrioksida a ljubičasto dodavanjem jedinjenja mangana. Ćilibarno staklo dobija se kontrolisanim dodavanjem sumpora i gvožđe oksida i rezultuje bojama od svetlo žute do crveno narandžaste. Pored boje mogu da se menjaju i druge osobine

Opalescentno staklo dobija se dodavanjem supstanci sa različitim indeksom prelamanja od stakla, tako da staklo izgleda mlečno. Foto osetljivo staklo dobija se mešanjem submikroskopskih čestica metala u staklo. Staklo može da se naknadno tretira da bi se dobile neke korisne osobine. Najbolji primer je ogledalo, gde se staklo hemijskim putem prevlači nekim metalom - najčešće srebrom. Postoje i providna ogledala, gde se staklo prevlači izuzetno tankim slojem hroma. Osobina ovog stakla je da je providno sa mračnije strane a deluje kao ogledalo sa svetlije strane. Provodljivo staklo se dobija dejstvom SnCl4, kalaj IV hloridom na staklo, na temperaturi oko 700 stepeni. Staklo se prevlači tankim slojem kalajdioksida (SnO2) i postaje otporno na grebanje, mehanički i termički je otpornije, smanjuje se statički elektricitet i sprečava stvaranje magle i leda na njemu.

Primese koje se dodaju staklu mogu bitno da promene njegove fizičko-hemijske osobine. Borsilikatna stakla su izuzetno hemijski postojana i termički stabilna pa se upotrebljavaju za izradu laboratorijskog posuđa, u hemijsko-farmaceutskoj industriji, ali i za izradu sudova za domaćinstvo. Kristalno ili olovno staklo koje sadrži visok procenat olovooksida (preko 30%) ima visoku prozračnost i sjaj i upotrebljava se za izradu ukrasnih predmeta i imiticaje dragog kamenja

Sigurnosna stakla mogu da se prave na dva načina.

Kaljeno ili temperovano staklo dobija se zagrevanjem staklenih ploča na 650 stepeni i naglim kontrolisanim hlađenjem. Prilikom udara, takvo staklo se raspada na bezbroj komadića, čije ivice nisu oštre.

Laminirano straklo je otkriveno 1909. godine u Francuskoj. Sastoji se od dve ili više staklenih ploča, spojenih nekih vezivom. Kao vezivo danas se najviše koristi polivinilbutiral (PVB). U slučaju udarca, staklo puca, ali mu vezivo ne dopušta da se raspadne.

Kvarc

Budući da staklo nema određenu tačku topljenja, njegova obrada je vrlo složena. Istovremeno pruža i mnoge mogućnosti obrade: može da se lije, valja, duva i izvlači u tanke niti. Prilikom ovih postupaka izuzetno je važno kontrolisano hlađenje dobijenog proizvoda kako bi staklo zadržalo amorfnu strukturu a samim tim i svoje osobine.

Posebna vrsta stakla je “kvarcno staklo” koje je po sastavu silicijum dioksid. Topi se na preko 1700 stepeni i ima izuzetno mali koeficijent širenja, tako da može usijano da se stavi u vodu a da ne pukne. Važna osobina mu je da propušta UV zrake za koje je obično staklo nepropusno.. U njegovoj rešetci mogu da se pobude oscilacije čija je frekvencija vrlo stabilna pa se zato upotrebljava za elektronske uređaje.

Nove tehnologije i saznanja ne samo da nisu potisle jedan od najstarijih proizvoda ljudske civilizacije već mu stalno nalaze nove primene.

I.Radovanović