Staklo

Staklo

Staklo je uglavnom amorfni silicijev dioksid. Zbog svojih karakteristika da je relativno čvrsto, inertno, prozirno i biološki neaktivno, ima vrlo široku upotrebu u današnjem vremenu.

Sastav, svojstva i dobivanje

Staklo je materijal koji se ne nalazi u prirodi. Iako poznato i korišteno od davnina i danas je nezamjenjiv materijal u svakodnevnom životu. Staklo se dobiva taljenjem osnovnih sirovina: kvarcnog pijeska, sode i vapnenca. Čisti silicijev dioksid ima talište na 1700˚C, te bi bilo jako neekonomično taliti ga na toj temperaturi. Osnovnim sirovinama dodaje se i stakleni krš (oko 30%), jer ima niže talište od osnovnih sirovina, pa povećava brzinu staljivanja (taljenja). Time se uštedi oko 32% energije.

Glavne 3 sirovine za dobivanje natrijeva-kalcijeva-silikatnog stakla (Na₂O x CaO x 6 SiO₂) su:

• Soda (Na₂CO₃; natrijev karbonat),
• Vapnenac (CaCO₃; kalcijev karbonat),
• Kvarcni pijesak (SiO₂; silicijev dioksid).

Dodavanjem sode snižava se talište na oko 1000˚ C, no time staklo postaje topljivo u vodi (vodeno staklo), pa se to spriječava dodavanjem vapnenca (koji otpuštanjem ugljikovog dioksida prelazi u kalcijev oksid - CaO).

Kemijski proces u proizvodnji običnog ili natrijeva stakla prikazujemo jednadžbom:

Na₂CO₃ + CaCO₃ + 6 SiO₂ --> Na₂O x CaO x 6 SiO₂ + 2 CO₂

Staklo je pothlađena tekućina amorfnog sastava koja nema određeno talište, pa zagrijavanjem polako mekša, što omogućuje njegovu obradu puhanjem. Sastoji se od nepravilne mrežaste strukture djelomično spojenih SiO₄ ^4- tetraedara.

Vrste i uporaba

Staklo se upotrebljava u mnogim područjima: građevinarstvu, prehrambenoj i elektroničkoj industriji, za izradu instrumenata i ukrasnih predmeta, itd. Iako se staklo proizvodilo od vremena starih Sumerana i Egipćana, bilo je skupocjeno do početka 20. stoljeća, dok Michael Owens nije izumio stroj za automatsku proizvodnju. , nakon čega se široko upotrebljava.

Osim osnovnih sirovina, u proizvodnji stakla često se rabe i sredstva za bojanje. To su najčešće metalni oksidi ili karbonati. Primjerice: kobaltno staklo je plave boje jer sadrži kobaltov(II) oksid (CoO), zelena boja boce je od željezova(III) oksida (koji je crvenkaste boje), a smeđa boja od barijeva oksida (koji je žute boje).

• Obično staklo rabi se za izradu prozorskih stakala, zatim kao staklo za ogledala i razno stakleno posuđe. Sastav mu približno određuje formula Na₂O x CaO x 6 SiO₂. Takvo prozorsko staklo se rabi od 18. stoljeća.

• Kristalno staklo je najpoznatije i dobije se ako se kalcijev oksid djelomično zamjeni olovnim(II) oksidom (PbO). Teško olovno staklo ima veliki indeks loma svjetlosti, pa se rabi za izradu leća, kristalnih čaša, vaza i drugog.

• Vatrostalno (natrijevo borosilikatno) staklo se rabi u kemijskom laboratoriju, neosjetljivo na promjene temperature i kemijske reagense.

• Kvarcno je staklo otporno na brze promjene temperature, a izrađeno od čistog silicijeva dioksida. Upotrebljava se za izradu kemijskog pribora koji mora podnijeti nagle promjene temperature (npr. lončići koji su otporni na brze promjene temperature), a kako propušta ultraljubičasto zračenje, upotrebljava se i u kvarcnim svjetiljkama. Napravljeno je od čistog SiO₂.

Sastav nekih najčešćih vrsta stakla

• Optičko staklo: 69% SiO₂, 12% CaO, 6% Na₂O, 0,3% B₂O₃ i 12% K₂O.
• Alumosilikatno staklo: 55% SiO₂, 15% CaO, 20% Al₂O₃ i 10% MgO.
• Vatrostalno staklo (borosilikatno staklo): 76 % SiO₂, 3% CaO, 5% Na₂O, 13% B₂O₃, 2% Al₂O₃ i 12% K₂O.
• Prozorsko staklo (natrijevo staklo): 72 % SiO₂, 11% CaO, 13% Na₂O, 0,3 % Al₂O₃ i 3,8% K₂O.

Recikliranje

Energija koja se uštedi recikliranjem jedne staklene boce dovoljna je da žarulja od 100W svijetli 4 sata. Staklo proizvedeno od recikliranog stakla smanjuje onečišćenje zraka u procesu proizvodnje za 20%, a onečišćenje vode za 50%.

Iskorištenu staklenu ambalažu valja skupljati jer je pogodna za recikliranje. Može se u potpunosti reciklirati i koristiti kao isključiva sirovina za proizvodnju novih predmeta od stakla i time se smanjuje onečišćenje zraka u procesu proizvodnje za 20%, a onečišćenje vode za 50%.

Povijest staklarstva

Stari vijek

Rimsko staklo iz 2. stoljeća

Predmeti od stakla izrađeni u staklarskim radionicama u okolici Zadra početkom drugog stoljeća. Nalaze se u Muzeju antičkog stakla u Zadru

Puhač stakla, Raban Mauro

U starom vijeku od 15. do 2. stoljeća prije Krista prvo u Egiptu i Mezopotamiji kasnije u Rimskom Carstvu za proizvodnju staklenih predmeta koristile su se tehnike nanošenja stakla oko pješčane jezgre (proizvodile su se malene posude) i lijevanja u kalupe i prešanja staklene sirovine (proizvodio se nakit ili ukrasi na zgradama). Predmeti od stakla izrađivali su se mukotrpno i bili su dostupni samo najbogatijima. Tehnika prešanja svoju široku primjenu nalašla je u kasnoantičkoj izradi prozorskih stakala, a vrhunac tehnike je bilo mozaičko staklo za ukrašavanje prozora. Izum lule za puhanje stakla (duga željezna šipka kojoj se jedan kraj zagrijavao do žarenja i potom umakao u žitku staklenu masu u staklarskoj peći) dva stoljeća prije Krista omogućio je tehnološki napredak, masovniju i jeftiniju proizvodnju. Staklo se puhalo slobodno (što je omogućavalo stvaranje velikog broja različitih i unikatnih oblika) i u kalup (što je omogućavalo stvaranje reljefnih ukrasa i žigova). U doba cara Augusta gradile su se brojne radionice i staklo je postalo dostupno svim slojevima društva. Koristilo se u domaćinstvu: šalice, plitice, tanjuri, zdjelice, boce, vrčevi, čaše raznih oblika i veličina. Usporedno s razvojem tehnike izrade stakla razvile su se i tehnike slikanja emajlom, graviranja, brušenja, aplicirane dekoracije i reljefne aplikacije te dekoracije s uleknućima i granuliranjem.

Propašću Rimskog Carstva propale su i staklarske radionice. U bivšim rimskim kolonijama Galiji i Germaniji staklo se proizvodilo i dalje, ali mu je kvaliteta bila skromna.

Staklarske radionice na prostoru Hrvatske arheološki su dokumentirane u antičkoj Sisciji i Saloni. U Sisciji je otkrivena je staklača (sirovina za izradu stakla) i staklarska peć a u Saloni su poznata i imena staklara. Pretpostavlja da su postojale (obilje antičkih staklenih izrađevina raznih tipova i oblika) staklarske radionice u Iaderu (Zadru), Aneoni (Ninu) i Asseriji (Podgrađu kod Benkovca). Na brodu potonulom kod Mljeta pronađena je staklena sirovina.

Srednji vijek

Muransko staklo

U srednjem vijeku cijenjene su bile samostanske radionice širom Europe u kojima se izrađivalo šareno staklo za crkvene prozore i staklo koje imitira drago kamenje za ukrašavanje zlatarskih proizvoda. Padom Carigrada 1204. bizantski proizvođači stakla našli su azil u Veneciji, do tada skromnom središtu europskog staklarstva. Uveli su monopol u proizvodnji luksuznog stakla koji se sve do danas štiti strogim zakonima.

Novi vijek

Od 14. stoljeća počelo se izrađivati i obično prozorsko staklo. Oko 1600. središte staklarske proizvodnje preselilo se u Prag gdje se obnovila i dalje i razvijala tehnika dvostrukog stakla. Pojavili su se masivni barokni oblici i potisnuli sve dotadašnje. Proizvodnja potpuno prozirnog stakla (bez mjehurića i vlakanaca) omogućila je izradu leća i izume mikroskopa i teleskopa. Proizvodnja i primjena stakla naglo je porasla potkraj 18. stoljeća kada je pronađen jeftin postupak za dobivanje važne sirovine (natrijeva karbonata).

Friedrich Siemens, 1867. na svjetskoj izložbi u Parizu dobio zlatnu medalju za svoju staklarsku peć. Michael Joseph Owens je 1903. izumio prvi automatski stroj za puhanje stakla (proizvodio je 9 boca u minuti). Zahvaljujući Owensovu izumu, počele su se graditi automatizirane staklane.

Staklarstvo u Hrvatskoj

U Hrvatskoj je prva poznata manufaktura stakla radila 1728–1735. nedaleko od Crnoga Luga u Gorskom kotaru, a 1764. osnovana je staklana u Sušici kraj Ravne Gore. U 18. i 19. stoljeću radile su staklane u Mrzloj Vodici u Gorskom kotaru, u Zvečevu, Ivanovu Polju kraj Daruvara, Humu na Sutli i dr.

Dodatna literatura

• Vogel, Werner. Chemistry of Glass. Wiley, 1985. ISBN 978-0-916094-73-7

Vanjske poveznice

• Muzej antičkog stakla,Zadar

Izvori

• Udžbenik za treći razred gimnazije „Anorganska kemija“, Sandra Habuš – Dubravka Stričević – Vera Tomašić. Izdavač: PROFIL INTERNATIONAL, tisak: tiskara Meić, Uporabu udžbenika odobrilo je Ministarstvo prosvjete i športa Republike Hrvatske rješenjem KLASA: *, od 3. Srpnja 1998.g..