Wissenswertes über Glas

Das Glas in der Glaswolle stammt zu zwei Dritteln aus Altglas. Das Altglas wird mit Zuschlägen aus Sand, Kalkstein und Soda verschmolzen - also mit  Materialien, die auch bei der Glasherstellung eingesetzt werden.

Hier sind die wesentlichen Bestandteile, die zu Glas verschmolzen werden:

- Quarzsand als fast reiner SiO2-Träger zur "Netzwerkbildung" - dass also sich das chemische Grundgerüst des Glases bildet.
- Natriumcarbonat (Na2CO3 = "Soda") dient als "Flussmittel". Es senkt den Schmelzpunkt des SiO2
- Pottasche (K2CO3) liefert Kaliumoxid für die Schmelze, das ebenfalls als Flussmittel dient.
- Feldspat (NaAlSi3O8) bringt als Wesentliches Tonerde (Al2O3) in das Gemenge ein. Diese führt zu einer Erhöhung der chemischen Beständigkeit gegenüber Wasser, Nahrungsmitteln und Umwelteinflüssen.
- Kalkstein  (CaCO3) wandelt sich in der Schmelze zu Kohlendioxid, das als Gas herausgeht, und Calciumoxid. CaO erhöht die Härte und chemische Beständigkeit von Glas.

Holt man das geschmolzene Gemisch der Glasbestandteiles schnell (innerhalb von Stunden statt Tagen) durch seinen Übergangsbereich zwischen Schmelze und Feststoff, also kühlt man aus der Glasschmelze rasch vorbei an etwa 600 °C in Richtung Raumtemperatur, dann erstarrt die Schmelze durchsichtig. Man hat die Salze der Schmelze daran gehindert, zu milchigen und weißen kleinen Kristallen zu wachsen. Und fertig ist das Glas.

Würde man die Schmelze extrem langsam abkühlen lassen, so würde man auch wieder Durchsichtiges erhalten - zum Beispiel große Quarzkristalle aus reinem SiO2. Das dauert aber Jahre.

Während bei einer Kristallbildung der Übergang von der Schmelze zum Kristall bei einer bestimmten Temperatur spontan erfolgt, geht dieser Übergang bei Gläsern allmählich vonstatten. Man spricht daher nicht von einem Schmelzpunkt, sondern von einem Transformationsbereich des Glases. Im Laufe der Abkühlung nimmt die Viskosität (= Zähflüssigkeit) des Glases stark zu. Dies ist das äußere Zeichen für eine zunehmende innere Struktur. Da diese Struktur kein regelmäßiges Muster aufweist, nennt man den Zustand der Schmelze im Transformationsbereich, wie auch des erstarrten Glases, amorph. Am kühlen Ende des Transformationsbereichs liegt der Glasübergang. An ihm wandelt sich die Schmelze in den festen, glasartigen Zustand, den das Glas auch bei weiterer Abkühlung beibehält. Der Glasübergang zeichnet sich durch eine sprunghafte Änderung der Wärmeausdehnung pro Grad Celsius aus, sowie durch eine Abnahme der spezifischen Wärmemenge, die dem Glas pro Kilogramm zugeführt werden muss, um seine Temperatur um ein Grad Celsius zu erhöhen.

Diese Abfolge von Transformationsbereich und Glasübergang ist charakteristisch für alle Gläser, auch solchen, die wie Plexiglas aus Kohlenwasserstoffen bestehen. Der viskose (= zähflüssige) Zustand der Schmelze im Transformationsbereich wird für die Bearbeitung von Glas durch Glasbläserei ausgenutzt. Er erlaubt die Verformung, ohne dass das Werkstück zerfließt.

Silizium-Dioxid kristallin. So, als "Quarz", ist es durchsichtig, braucht aber lange Zeit, um zu wachsen.

Silizium-Dioxid amorph. So, als "Quarzglas",  ist es noch durchsichtig, weil es schnell aus der Schmelze zur Erstarrung gebracht wurde: Es konnten sich keine einzelnen kleinen regelmäßigen, das Licht brechenden Kristalle bilden, die dann zu einem milchigen und schließlich weißen Stoff geführt hätten.

Gips ist Calciumsulfat CaSO4 . Der Stoff zählt zu den Salzen. Es gibt Gips in der Natur. Man kann ihn also aus Steinbrüchen holen. Solcher Naturgips wird heutzutage aber nur für Sonderzwecke (komplizierte Formen, Gipsprodukte ohne Schadstoffe) eingesetzt. Denn industrielle Vorgänge liefern so viel Gips als Abfallprodukt, dass er den Bedarf übersteigt. Also Gips wird teilweise wie Müll entsorgt.

Insbesondere Rauchgasentschwefelungsanlagen (Abk. "REA") liefern Gips. Der Zweck der REAs ist es, gasförmige Schwefelverbindungen von der Atmosphäre fernzuhalten. Bei Kohlekraftwerken ist das z.B. unerlässlich - die wären sonst Giftschleudern. Man bindet diese Schwefelverbindungen mit Kalkstein, und fertig ist der Gips:

Reaktionen im Gasraum einer REA mit Gips als Endprodukt: 

2 H2S + 3 O2 ---> 2 H2O + 2 SO2   
H2S ist "Schwefelwasserstoff". Systematisch muss man ihn "Diwasserstoffsulfid" nennen (wie heißt Wasser dann systematisch?).
SO2 ist Schwefeldioxid. Dies ist das typische Reaktionsprodukt, wenn sich Schwefel mit Luftsauerstoff verbindet. Theoretisch ist Schwefeltrioxid SO3 die "ideale" Verbindung. Aber aus räumlichen Gründen entsteht SO3 selten.

Und  weiter geht die Reaktion: 
2 SO2 + 2 H2O + O2 ---> 2 H2SO4 
H2SO4  ist Schwefelsäure. Mit Wasser zusammen ist das eine Flüssigkeit, die in der REA herabregnet. Nun haben wir immerhin schon die Giftgase H2S und SO2 als Flüssigkeiten greifbar gemacht. Diese Flüssigkeit ist aber auch noch ungesund.

Also gibt man Kalkstein CaCO3 dazu - und der Gips CaSO4 entsteht, mit dem wir nichttragende Wände in nicht feuchter Umgebung bauen dürfen:

H2SO4 + CaCO₃ --->  CaSO4  + H2O  +  CO₂ 
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Der Gipskreislauf, zitiert nach http://a-schreyer.com/gips3.htm