Glas Deel 2 Samenstelling PDF

Follow ARCHES online! AntweRp Cultural HeritagE Sciences = joint research group of Erfgoedstudies & Conservatie-Restauratie arches.ua Antwerp Culturel Heritage Sciences ARCHES Research group Onze Lieve-Vrouw ter Duinen Koksijde,1964 Ontwerp glas-in-lood:...

Follow ARCHES online! AntweRp Cultural HeritagE Sciences = joint research group of Erfgoedstudies & Conservatie-Restauratie arches.ua Antwerp Culturel Heritage Sciences ARCHES Research group Onze Lieve-Vrouw ter Duinen Koksijde,1964 Ontwerp glas-in-lood: Julien Lefevre | Fr. Kinnen (L) Uitvoering glas-in-lood (752m2): Rogier Vandeweghe, Brugge Erfgoed: materiaalkunde - 1061FOWCOR Glasachtige materialen studeren = tekst in geel of aangeduid met: Deel 2- Samenstelling Schema’s en tekeningen zijn te kennen Juiste vakterminologie Prof. Geert Van der Snickt Doel: Wat heb allemaal nodig om glas te maken? waarom zitten die ingrediënten er in? wat is hun functie? Waarom heb je dat nodig? Als erfgoedzorger moet je inzicht hierin hebben, als je dit begrijpt kan je degradatie begijpen en een ingreep op wetenschappelijke basis formuleren. 2. Chemische samenstelling: Wat is glas? Hoofdbestanddeel: de netwerkvormer Of ‘netwerkvervormer’ Verlaagt de smelttemperatuur Herstelt de chemische stabiliteit van glas Optionele toevoeging om (optische) eigenschappen te wijzigen zoals kleur, glans, opaciteit etc. Samenstelling van glas: SiO2 Glas in zijn eenvoudigste vorm is silica: siliciumdioxide (SiO2) een chemische covalente verbinding van Si en O atomen = de twee meest voorkomende elementen in de aardkorst Si4+ O2+ Atomen vormen een 3D netwerk van verbonden SiO4 tetraëdra Dit netwerk kan in een aantal vormen voorkomen… Een silica tetraëder Zuurstof is divalent (wat wil dat zeggen?) Si4+ Si4+ O2+ O2+ Si4+ Si4+ O2+ Een tetraëder is een Een covalente binding is een chemische binding tussen atomen, waarin de atomen een of vierzijdige piramide meer gemeenschappelijke elektronenparen hebben. Atomen van niet-metalen gaan met elkaar covalente bindingen aan. Covalente bindingen zijn sterke bindingen.  Het 3D network van glas 3D voorstelling van een SiO2 netwerk van tetraëders Elk zuurstof atoom (rood) wordt gedeeld door twee tetraëdra, Anders gezegd: zuurstof gaat de tetraeders verbinden (zuurstofbrug) Elk silicium atoom (wit) is verbonden met vier zuurstof atomen Elk zuurstof atoom wordt 50/50 gedeeld door twee silicium atomen Als elk Si atoom verbonden is met vier O, waarom wordt het dan SiO2 genoemd? Het glasnetwerk bevat dus twee keer zoveel zuurstof dan silicium atomen Als silica amorf is dan heet het glas, als het kristallijn is dan noemen we het kwarts Kristallijn Wat is het verschil? Amorf Als silica amorf is dan heet het glas, als het kristallijn is dan noemen we het kwarts Een kristallijne stof is een vaste stof waarbij de onderdelen (atomen, moleculen, ionen) gerangschikt zijn in een geordende structuur dat een 3D kristalrooster vormt Kristallijn Kristallijn siliciumdioxide komt voor in een aantal afwijkende kristalvormen: Kwarts (meest voorkomend): alfa en beta vorm Kristobaliet Coesiet Tridymiet Stishoviet Moganiet Een amorfe stof is een vaste stof waarbij de orde en structuur van een kristal ontbreekt Dezelfde atomen, maar ze zijn willekeurig in de ruimte verdeeld, Amorf hoewel ze op erg korte afstand (een paar molecule of atomen) wel een zekere orde kunnen vertonen, maar nooit op grotere schaal Glas, zoals we dat algemeen kennen van vensters en gebruiksobjecten is altijd amorf  Aggregatietoestanden van stoffen Glas is anders dan andere stoffen omdat het amorf blijft. Om dat te begrijpen moeten we naar de aggregatiestoestanden kijken: Stoffen bevinden zich in een vloeibare toestand vanaf een bepaalde temperatuur en druk; Stollen: bij afkoeling neemt de viscositeit van een vloeistof toe, tot de stof vast wordt; Atomen, ionen en moleculen bewegen ad random in een vloeistof, maar deze beweging neemt gradueel af tijdens het stollen tot ze een vaste plaats innemen; De atomen nemen daarbij een geordende 3D kristalstructuur aan; Bij glas blijft de stof echter in amorfe toestand ook na afkoeling, de atomen nemen geen geordende kristalstructuur aan, glas behoudt dezelfde willekeurige structuur als in vloeibare toestand vast vloeistof gas Trouwens: als je kristallijn kwarts smelt en snel laat afkoelen, dan wordt het een glas, de atomen hebben dan niet de tijd om een geordende positie in te nemen, laat je kwarts traag afkoelen dan wordt het opnieuw een kristallijne stof Opmerking: Bij borosilicaatglas is een deel van het silica (SiO2) vervangen door boortrioxide (B2O3>8%) Uitgevonden door Otto Schott in het Duitse Jena, eind 19de eeuw Bekende merknamen zijn Pyrex, Duran (van Schott), Borosil etc, Dit resulteert in een glas dat bestand is tegen hitteschokken, zuren en basen Waar halen we deze hoofdgrondstof van glas dan vandaan? De zuiverheid van zand varieert sterk In de streek rond Lommel wordt vrij zuiver zand gevonden Waar halen we deze hoofdgrondstof van glas dan vandaan? De zuiverheid van zand varieert sterk In de streek rond Lommel wordt vrij zuiver zand gevonden Waar halen we deze hoofdgrondstof van glas dan vandaan? De zuiverheid van zand varieert sterk al naargelang de delfplaats In de streek rond Lommel wordt relatief zuiver zand gevonden Kwarts zand winning in Lommel (B) sinds de jaren 1870 Nu Sibelco NV, grootse zandproducent ter wereld Zand = kwarts + enkele andere mineralen zoals veldspaat, mica, calciet etc Fe2O3 onzuiverheden geven het glas een groenige, gelige of bruinige tint (zie ook verder: ‘kleurmiddelen’) Vandaag wordt dit kwartszand gebruikt voor glas, zonnepanelen, computer chips, mobiele telefoons, verven, abrasieven,... Kwarts kan ook gewonnen worden uit strand- of rivierkeien Keien zijn soms zuiverder dan zand maar vereisen bijkomende bewerkingen verhitten gevolgd door plotse afkoeling in water om te kunnen verbrijzelen tot poeder …de keien (galets) in Cayeux bestaan uit meer dan 98 % silica. Carrière de galets  Bergkristal is een zuivere en kleurloze vorm van kwarts, als mineraal gevormd in de aardkorst Daarom gevonden in specifieke (meestal bergachtige) locaties Komt ook in verscheidene kleuren voor (amethyst, chalcedoon, jasper, etc) Kleuren veroorzaakt door onzuiverheden (chromoforen) Chromoforen zijn ionen die tijdens de groei van het kristal in het kristalrooster worden opgenomen Vandaag vind je ze vaak in mineralenwinkels en als halfedelstenen in sierraden Chromofoor = groep atomen in een molecule, die de kleur van de verbinding bepaalt Pijlpunten uit bergkristal Bergkristal wordt al sinds de prehistorie gewaardeerd en bewerkt door de mens tot een decoratief of gebruiksvoorwerp, want bergkristal heeft interessante eigenschappen: Transparant en kleurloos: werd gewaardeerd omdat glas steeds getint was door onzuiverheden, verstoord door luchtbellen. Glasmakers probeerden bergkristal te imiteren (zie verder cristallo) Hard materiaal: om minder harde materialen mee te bewerken Speerpunt uit bergkristal Valencina de la Concepcion, Spanje, derde millennium v. Chr. Zeer scherp als je het breekt: om mee te snijden of als wapen (tot vandaag gebruikt voor microtomen)  Vaak door breken, houwen, slijpen, en/of polijsten bewerkt tot kleine luxe Bergkristal werd ook in latere tijden gebruikt artikelen voor juwelen, huishouden, lusters, etc. Oudheid 9 cm 1 cm Museum of fine arts Boston, inv. 99.457 Grieks oorknop, 6-4de E v.Chr.. Two-handled amphora, Roman about A.D. 50  Middeleeuwen: vaak gebruikt voor ‘cabochons’ op beelden, boekkaften, reliekhouders etc. Cabochon = gepolijste, maar ongefaceteerde semi-edelsteen met een sferische vorm Reliekhouder van paus Alexander I in de vorm van een hoofd Abdij van Stavelot, 1145 Topstuk van het KMKG, Inv. 1031  J.D. Cool, detail van een familieportret, Renaissance 1638, KMSKA Rijksmuseum, inv. BK-17114 Rijksmuseum, inv. BK-NM-8994 24 cm Maar uit drie delen 13 cm Kan geslepen uit bergkristal met een gouden frame gedecoreerd met zwarte en wit email a gold frame decorated with black and white enamel Frankrijk, ca 1550-’70  Bergkristal glanst en weerkaatst het kaarslicht barok Versailles, Gallerie des glaces, Louis XIV, 1678-’84 Waarom gebruiken we dan geen bergkristal of kwarts voor alle objecten? Relatief zeldzaam, enkel gevonden in specifieke (bergachtige) streken Moet uit verre streken aangevoerd worden Te duur/niet economisch haalbaar voor Het bewerken is erg arbeids-/tijdsintensief door hardheid massaconsumptie (bv. vensterglas) Kristallen zijn klein = enkel voor kleine objecten Meestal niet 100% transparant, vaak kleine contaminaties Waarom geen bergkristallen smelten om glazen objecten mee te maken? Vitrificatie is de term die men gebruikt voor de omzetting van een substantie (in dit geval kwarts) naar amorfe stof (in dit geval kwartsglas), en dit door verhitting en afkoeling  Theglassmak ers.co.uk Probleem: SiO2 smelt pas vanaf 1720 °C Reproductie van Romeinse glasoven: bereikt typisch een temperatuur van ca. 1000°C Jaarlijkse demo in PAM, Velzeke tijdens de Open Monumentendag The pot furnace ran well between 1000°C and 1060°C in the pot chamber, but to raise the temperature above 1100°C was hard work, so it was usually kept to these limits… …the pot furnace consumed about 12 - 15 kg of wood each hour, >6 tons during three weeks 80% van het hitteverlies gaat via de openingen  Een temperatuur van 1720°C is ook moeilijk haalbaar voor moderne elektrische glasovens, Daarvoor worden gasovens gebruikt Besluit: het smelten van kwarts voor glasproductie was eerst technisch niet haalbaar en later economisch onrendabel (+ hoge viscositeit maakt het moeilijk bewerkbaar, bv voor glasblazen)