Koostis/struktuur

Klaas üldmõistena tähistab kõiki atomaarsel tasandil struktuurselt korrastamata (amorfseid) tahkiseid, sõltumata konkreetsest koostisest ja keemiliste sidemete iseloomust (kovalentsed, ioon-, molekulaar- ja polümeerklaasid, metallklaasid), mis eristuvad sellistena kristallilistest tahkistes, kus ainet moodustavad osakesed paiknevad regulaarses kristallvõres [1]. Praktikas tähistab termin “klaas” eelkõige silikaatklaase – materjale kus ränidioksiidi SiO₂ “supermolekuli” modifitseerivad mitmesugused lisandid (nt. Na ja Ca ioonid). Tehnoloogiliselt oluline on, et taolised lisandid alandavad oluliselt sulamistemperatuuri (täpsemalt – klaasistumistemperatuuri – amorfsel kvartsil on see 1200 °C, aknaklaasil 550 °C). Anorgaanilised klaasid võivad moodustuda ka teiste oksiidide baasil: boraatklaasid (B₂O₃) ja fosfaatklaasid (P₂O₅). Kalkogeenklaasid on moodustunud kalkogeenidest (S, Se, Te), mille keemiliselt seotud lineaarseid ahelaid võivad omavahel liita IV ja V rühma elemendid (Si, Ge, Sn, As, Sb). Klaase võivad moodustada ka erinevad fluoriidid.

Omadused

“Krestomaatiliselt” on (silikaat)klaas läbipaistev, värvuseta, habras ja kõva materjal, lisandite ja töötlusega saab aga tema omadusi oluliselt modifitseerida (vt. ka Karastatud klaas). Keemiliselt inertne (klaasi söövitab fluorvesinikhape). Klaasi värvus on tingitud tema lisanditest, kas loodulikest (toormes sisalduvatest) või spetsiaalselt sisseviidutest. Nn. tulekindlatesse klaasidesse (nt Pyrex) on sisse viidud boori lisandit, mis vähendab klaasi soojuspaisumist ja sellega seonduvaid ebasoovitavaid termilisi efekte. Ka materjal, mida olmes tuntakse “kristallina” (kristallnõud, kristallühtrid) on tegelikult klaas – suure pliisisaldusega (üle 20 kaalu% pliioksiidi) nn. kristallklaas. Plii tõstab klaasi murduminäitajat ja sedakaudu klaasi pinnalt tagasipeegelduva valguse hulka, andes kristallklaasile erilise sära. Ka muudab plii klaasi pehmemaks ja seega hõlpsamini graveeritavaks. Klaasi omaduste modifitseerimiseks kasutatakse tänapäeval laialdaselt ka pinnakatteid – klaasi pinnale kantud erineva keemilise koostise ja struktuuriga ainekihte (vt nt Isepesev klaas). Klaaside mikrodünaamika (vedelik – klaas üleminek,  klaaside madalatemperatuursed omadused) on ühed tänapäeva kondensaine füüsika aktuaalsetest probleemidest.

Saamine

Looduslik kvartsklaas on tekkinud vulkaanilise tegevuse tagajärjel (vt. “Obsidiaan”), välgulöögi (vt “Fulguriidid”) või meteoriidi langemise (tektiidid) tulemusel (vt. ka “Liibüa kõrbeklaas”).

Tehislikult saadakse kvartsliiva, lubja ja sooda sulatamisel modifitseerivate lisandite manulusel. Ajalooliselt sai klaasisulatamine alguse ilmselt keraamika glasuurimisest, varaseimad klaasileiud  - Egiptusest pärit klaashelmed – arvatakse olevat valmistatud umbes 2500 a. e. Kr. Klaas jõudis Eestisse esimesel aastatuhandel, haruldaseimaks arheoloogiliseks klaasileiuks Eestist on Tartust 1987. a. leitud emailimaalingutega klaaspeeker oletatava valmistamiskohaga Veneetsias.

Esimene Eestis tegutsenud klaasikoda oli Hüti klaasikoda (1628 – 1664), erinevatel aegadel on Eestis tegutsenud kokku üle poolesaja klaasitööstuse.

Üks suuremaid ja kauem tegutsenud klaastööstusi Eestis oli Rõika-Meleski peeglivabrik [2]. Selle 1792.a. algatatud tegevus on praeguseks lakanud ja jätnud järele lagunevad tehasehooned Meleskis (Google Maps), mille seinakrohist säravad vastu selle kaunistamiseks kasutatud värvilise klaasi killud.

Ülevaate Catharina – Lisetta tehaste kunagisest hiilgusest saab Ville Drevingu (vasakpoolsel pildil) poolt Meleskis asutatud väikesest klaasimuuseumist [15.08.04].

Vasakult: Lisette-Meleski klaasimanufaktuuri mälestustahvel Meleskis; vanad Meleski klaasimeistrid mälestuskivi avamisel 23.07.2005 – istub Arkadi Laur, seisab Meinhard Välba; Meleski-ümbruse teede täiteks on suurel hulgal kasutatud praakklaasi.

Vasakult: omavalmistatud gaasiküttel klaasisulatusahi Drevingute koduõues; töötav ahi; klaasimeister Ants Leinberg (Karinu klaasikoda [23.07.05]) on ahjust klaasipiibuga võtnud tombu sulaklaasi klaasloomakese valmistamiseks.

1879. a. algas klaasitootmine Järvakandis, kus praegu AS Järvakandi Klaas [22.02.08] toodab põhiliselt purke-pudeleid toiduainete, keemia- ja farmaatsiatööstusele. Järvakandi klaasiloost annab ülevaate sealne klaasimuuseum [22.02.08], mis asub Järvakandi klaasitehase endises tööliselamus (paremal muuseumi juhataja Allan Kima).

Vasakult: vana klaasikoja (“Glashütte Ierwakant ”) asendiplaan; pudeliautomaat; pudelivorm.

Vasakult: Järvakandis toodetud elektriisolaatorid; paketeeritud pudelid.

Eestis on tulemuslikult tegeldud ka uute klaasisortide arendamisega. Tehase “Tarbeklaas” juures tegutsenud klaasilaboris (juhataja Rein Leidtorp) töötati 1970.-1990. aastatel välja rekordiliselt suure Abbe indeksiga optiliste fluoriid-fosfaatklaaside sordid (klaasid, mille murdumisnäitaja väga vähe sõltub lainepikkusest), mis leidsid tunnustust rea välispatentide (Jaapani, Inglise, Prantsuse, Saksa) näol.

Demod, katsed

Klaasi purunemine

Materjal th_113_1349

...

Holmes uuris parajasti põrandal lebavaid klaasikilde, kui leedi Mapleton tuppa astus. Detektiiv tõusis, kummardus jäigalt ja asus läbitungimatul ilmel kuulama daami pisut närvilisi seletusi selle kohta, kuidas too kõrvaltoas olles klaasiklirinat kuulis ja kohale tormates purustatud akna eest leidis. Eelnevate päevade sündmustest juba niigi segaduses ja ärevuses, oli ta helistanud oma tuttavale küsimaks, mida teha ja see oli lubanud kohale tulla asja arutama. Juttu tuli paus. Mõne hetke oodanud, ütles Holmes: “Te valetate, armuline!”...

...

“Elementaarne, Watson,” ütles Holmes. “Muidugi oli selle kuritöö selgitamiseks oluline, kummalt poolt tuli löök, mis aknaklaasi purustas. Noor Aspengrow oli piisavalt nutikas, toimetamaks õue kukkunud klaasikillud tagasi tuppa põrandale ja leidmaks ka paraja suurusega kivi, mis nende lugu kinnitama pidi. Paraku? Eristamaks klaasi väliskülge siseküljest vihmatilkade kuivamisjälgede järgi ei pea olema maailmakuulus detektiiv ega isegi mitte aknapesija. Edasisteks järeldusteks tuleb tunda “kolme R-i reeglit”. Klaasi purunemisel löögi tagajärjel jäävad klaasikildude servadele kaarduvad murrujooned. Eriti selged on nad kildudel, mis tekkivad löögikoha vahetus läheduses. Radiaalsetel (i.k. Radial) murdeservadel on need jooned löögipoolse pinna lähedal paralleelsed pinnaga, jõuavad aga kaardudes tagaküljele (i.k. Reverse) välja täisnurga (i.k. Right angle) all. Need märgid ei jätnud mingit kahtlust, et aknaklaasi purustanud löök tuli seestpoolt, erinevalt sellest, milles leedi Mapleton meid veenda püüdis.” Holmes vaikis hetkeks. “Ma ei mõista teda hukka meile valetamise pärast. Armastuse nimel on tehtud palju hullematki. Iseasi muidugi, kas noor Aspengrow on mees, kes seda väärib.” Viimases küsimuses paistis Holmes olevat eriarvamusel.
/Sherlock Holmesi avaldamata juhtumitest/

Uranüülklaasi luminestsents

Uranüülklaasi (E60.5) karakteerseks tunnuseks on uranüülioonide erkroheline luminestsents, mis ilmneb klaasi kiiritamisel UV-valgusega.

Uranüülklaasi radioaktiivus

Kuna uranüülklaas sisaldab ebastabiilseid U-238 ja U-235 tuumi (ja nende ebastabiilsid lagusaadusi - tütartuumi, nt Th-234 ja Pa-234m), siis on ta nõrgalt radioaktiivne. Näidise E60.5 kiirgustase jääb siiski foonilähedaseks ja on mõõdetav vaid tundliku gammaspektromeetriga (E. Realo & K. Realo, TÜ Füüsika Instituut, vt. joonis).

Mattklaas hajutab valgust

Mateeritud (vasakul) ja mateerimata (paremal) klaasiga hõõglambid.

Kõrvaloleval fotol on võrdluses näha mateeritud klaasiga pirni kolvi sisepind (alumine kild, matt, hajutab valgust) ja välispind (ülemine kild, peegeldab valgust).

Kuum klaas juhib elektrit

Toatemperatuuril on silikaatklaas elektriisolaator, tema juhtivus aga kasvab oluliselt kõrgematel temperatuuridel, kus klaas hakkab pehmenema. Seda demonstreerib lihtne katseseade, mis koosneb kahest järjestikku ühendatud 150 W hõõlambi pirnist. Ühel neist on kolb purustatud ja hõõgniit kõrvaldatud - alles on vaid hõõgniidi klaasist tugi selle sisse sulatatud kahe metalltraadist toitejuhtmega. Kui rakendada skeemile võrgupinge toatemperatuuril, siis klaasi suure takistuse tõttu vool seda praktiliselt ei läbi ja (terve) indikaatorlamp ei põle. Kuumutades gaasipõletiga klaastuge, kahaneb klaasi takistus ja kasvab vool, mis kõrgematel temperatuuridel on piisav indikaatorlambi süütamiseks. Järgnevas võib gaasileegi ka kõrvaldada - klaasi oomilisel takistusel eralduv soojus on piisav voolu tagava temperatuuri hoidmiseks, seda näitab ka klaasi hõõgumine maksimaalse voolutiheduse piirkonnas metalltraatide vahel.

Klaastugi külmas olekus	Klaastugi hõõguvas olekus

Opaalklaas hajutab valgust

Piltidel on opaalklaasist “Swarowski kivi” (E60.9, vasakul) võrdluses läbipaistvast värvuseta kristallklaasist “kiviga” (E60.8, vasakul).Tugeva valge valgusallika kujutised on kõik mitemkordsed peegeldused, st vastav valgus on läbinud klaasi. Opaalklaas hajutab eelistatult lühemalainelist (sinist) valgust ja vähem pikemalainelist (kollast-punast) valgust, seetõttu omandavad valgusallika kujutised kollaka tooni. Samas tuleb kogu opaalklaasist lihvise ruumalast hajunud sinakat valgust, kristallklaasis on aga hajumine nõrk ja suundades, kus puuduvad väliste heledamate objektide peegeldused, on pilt must (tume).

Kromaatiline dispersioon

Murdumisnäitaja sõltuvuse tõttu valguse lainepikkusest moodustuvad prismat E60.10 läbinud päikesevalguses värvilised laigud - nähtava valguse spekter. Optilistes riistades on kromaatiline dispersioon ebasoovitav, põhjustades värvilise kujutise moonutust, nn kromaatilist aberratsiooni.