Verglasung – Wikipedia

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Ein Verglasungsexperiment mit geschmolzenem Glas.

Verglasung (aus dem Lateinischen Glaskörper, “Glas” über Französisch Verglasungsgerät) ist die Umwandlung einer Substanz in ein Glas,[1] das heißt, ein nichtkristalliner amorpher Feststoff. Bei der Herstellung von Keramik ist die Verglasung für ihre Wasserundurchlässigkeit verantwortlich.[2]

Die Verglasung wird normalerweise erreicht, indem Materialien erhitzt werden, bis sie sich verflüssigen, und dann die Flüssigkeit oft schnell abgekühlt wird, so dass sie den Glasübergang durchläuft, um einen glasartigen Feststoff zu bilden. Bestimmte chemische Reaktionen führen auch zu Gläsern.

In Bezug auf die Chemie ist die Verglasung charakteristisch für amorphe Materialien oder ungeordnete Systeme und tritt auf, wenn die Bindung zwischen Elementarteilchen (Atomen, Molekülen, Blöcken bildend) einen bestimmten Schwellenwert überschreitet.[3] Thermische Schwankungen brechen die Bindungen; Je niedriger die Temperatur ist, desto höher ist daher der Konnektivitätsgrad. Aus diesem Grund haben amorphe Materialien eine charakteristische Schwellentemperatur, die als Glasübergangstemperatur bezeichnet wird (T.G): unten T.G amorphe Materialien sind glasartig, während oben T.G sie sind geschmolzen.

Die häufigsten Anwendungen sind die Herstellung von Keramik, Glas und einigen Arten von Lebensmitteln, aber es gibt auch viele andere, wie die Verglasung einer gefrierfesten Flüssigkeit bei der Kryokonservierung.

Im anderen Sinne des Wortes wird auch die Einbettung von Material in eine glasartige Matrix genannt Verglasung. Eine wichtige Anwendung ist die Verglasung radioaktiver Abfälle, um einen Stoff zu erhalten, der hoffentlich sicherer und stabiler für die Entsorgung ist.

Während des Ausbruchs des Vesuvs im Jahr 79 n. Chr. Wurde das Gehirn eines Opfers durch die extreme Hitze der Vulkanasche verglast.[4][5][6][7]

Keramik[edit]

Die Verglasung ist die fortschreitende teilweise Verschmelzung eines Tons oder eines Körpers infolge eines Brennvorgangs. Mit fortschreitender Verglasung nimmt der Anteil der Glasbindung zu und die scheinbare Porosität des gebrannten Produkts wird zunehmend geringer.[2][8] Glaskörper haben eine offene Porosität und können entweder undurchsichtig oder durchscheinend sein. In diesem Zusammenhang kann “Porosität Null” als weniger als 1% Wasserabsorption definiert werden. Verschiedene Standardverfahren definieren jedoch die Bedingungen der Wasseraufnahme.[9][10][11] Ein Beispiel ist ASTM, der angibt: “Der Begriff” Glas “bedeutet im Allgemeinen eine Absorption von weniger als 0,5%, mit Ausnahme von Boden- und Wandfliesen und elektrischen Niederspannungsisolatoren, die als Glas mit einer Wasseraufnahme von bis zu 3% gelten.”[12]

Keramik kann durch Verglasung oder Verglasung wasserundurchlässig gemacht werden. Porzellan, Bone China und Sanitärartikel sind Beispiele für verglaste Keramik und auch ohne Glasur undurchlässig. Steinzeug kann verglast oder halb verglast sein; Der letztere Typ wäre ohne Glasur nicht undurchlässig.[13][2][14]

Anwendungen[edit]

Wenn Saccharose langsam abgekühlt wird, entsteht Kristallzucker (oder Kandiszucker), aber wenn es schnell abgekühlt wird, kann es sirupartige Zuckerwatte (Zuckerwatte) bilden.

Die Verglasung kann auch in einer Flüssigkeit wie Wasser auftreten, üblicherweise durch sehr schnelles Abkühlen oder durch Einbringen von Mitteln, die die Bildung von Eiskristallen unterdrücken. Dies steht im Gegensatz zum normalen Einfrieren, das zur Bildung von Eiskristallen führt. Die Verglasung wird in der Kryo-Elektronenmikroskopie verwendet, um Proben so schnell abzukühlen, dass sie mit einem Elektronenmikroskop ohne Beschädigung abgebildet werden können.[15][16] 2017 wurde der Nobelpreis für Chemie für die Entwicklung dieser Technologie vergeben, mit der Objekte wie Proteine ​​oder Viruspartikel abgebildet werden können.[17]

Gewöhnliches Kalknatronglas, das in Fenstern und Trinkbehältern verwendet wird, entsteht durch Zugabe von Natriumcarbonat und Kalk (Calciumoxid) zu Siliziumdioxid. Ohne diese Additive benötigt Siliziumdioxid eine sehr hohe Temperatur, um eine Schmelze und anschließend (mit langsamer Abkühlung) ein Glas zu erhalten.

Die Verglasung wird zur Entsorgung und Langzeitlagerung von Atommüll oder anderen gefährlichen Abfällen verwendet[18] in einer Methode namens Geomelting. Abfall wird in einem Ofen mit glasbildenden Chemikalien gemischt, um geschmolzenes Glas zu bilden, das sich dann in Kanistern verfestigt und dadurch den Abfall immobilisiert. Die endgültige Abfallform ähnelt Obsidian und ist ein nicht auslaugendes, haltbares Material, das den Abfall effektiv im Inneren einfängt. Es wird allgemein angenommen, dass solche Abfälle in dieser Form relativ lange gelagert werden können, ohne Rücksicht auf Luft- oder Grundwasserverschmutzung. Bei der Massenverglasung werden Elektroden verwendet, um Boden und Abfälle dort zu schmelzen, wo sie begraben liegen. Der gehärtete Abfall kann dann mit geringerer Gefahr einer weitverbreiteten Kontamination zersetzt werden. Laut den Pacific Northwest National Labs “bindet die Verglasung gefährliche Materialien in eine stabile Glasform, die Tausende von Jahren hält.”[19]

Verglasung bei der Kryokonservierung[edit]

Die Verglasung bei der Kryokonservierung wird verwendet, um beispielsweise menschliche Eizellen (Eizellen) (bei der Kryokonservierung von Eizellen) und Embryonen (bei der Kryokonservierung von Embryonen) zu konservieren.

Gegenwärtig wurden Verglasungstechniken nur von Alcor auf das Gehirn (Neurovitrifikation) und vom Cryonics Institute auf den Oberkörper angewendet, aber beide Organisationen forschen derzeit daran, die Verglasung auf den gesamten Körper anzuwenden.

Viele Holzpflanzen, die in Polarregionen leben, verglasten auf natürliche Weise ihre Zellen, um die Kälte zu überleben. Einige können das Eintauchen in flüssigen Stickstoff und flüssiges Helium überleben.[20]

Additive, die in der Kryobiologie verwendet werden oder auf natürliche Weise von in Polarregionen lebenden Organismen hergestellt werden, werden als Kryoprotektiva bezeichnet.

Siehe auch[edit]

Literatur[edit]

Verweise[edit]

  1. ^ Varshneya, AK (2006). Grundlagen anorganischer Gläser. Sheffield: Gesellschaft für Glastechnologie.
  2. ^ ein b c Dodd, Arthur; Murfin, David (1994). Wörterbuch der Keramik (3. Aufl.). London: Das Institut für Mineralien. ISBN 0901716561.
  3. ^ Ojovan, MI; Lee, WE (2010). “Konnektivität und Glasübergang in ungeordneten Oxidsystemen”. Zeitschrift für nichtkristalline Feststoffe. 356 (44–49): 2534–2540. Bibcode:2010JNCS..356.2534O. doi:10.1016 / j.jnoncrysol.2010.05.012.
  4. ^ Pucci, Piero; Niola, Massimo; Baxter, Peter J.; Fontanarosa, Carolina; Giordano, Guido; Graziano, Vincenzo; et al. (2020). “Hitzeinduzierte Gehirnverglasung durch den Vesuv-Ausbruch in CE 79”. Das New England Journal of Medicine. 382 (4): 383–384. doi:10.1056 / NEJMc1909867. PMID 31971686.
  5. ^ Pucci, Piero; Niola, Massimo; Baxter, Peter J.; Fontanarosa, Carolina; Giordano, Guido; Graziano, Vincenzo; et al. (23. Januar 2020). “Ergänzender Anhang zu: Petrone P, Pucci P, Niola M, et al. Hitzeinduzierte Hirnverglasung durch den Vesuv-Ausbruch in ce 79” (PDF). Das New England Journal of Medicine. Abgerufen 13. September 2020.
  6. ^ Pinkowski, Jennifer (23. Januar 2020). “Gehirne in Glas verwandelt? In Bootshäusern erstickt? Vesuv-Opfer bekommen einen neuen Look”. Die New York Times. Abgerufen 13. September 2020.
  7. ^ “Ausbruch des Vesuvs: Extreme Hitze” verwandelte das Gehirn des Menschen in Glas‘“”. BBC. BBC News Services. 23. Januar 2020. Abgerufen 24. Januar 2020.
  8. ^ “Rolle von zusätzlichen Mineralien bei der Verglasung von Whiteware-Zusammensetzungen.” NMGhoneim; EHSallam; DM Ebrahim. Ceram.Int. 16. Nr.1. 1990.
  9. ^ Whitewares: Produktion, Prüfung und Qualitätskontrolle. William Ryan und Charles Radford. Institut für Materialien, 1997
  10. ^ “Methoden zur Erweiterung des engen Verglasungsbereichs von Tonen.” EV Glass & Ceramics 36, (8), 450, 1979.
  11. ^ “Kontrolle der optimalen Verglasung in Glas- und Porzellankörpern.” E. Signorini. Ceram.Inf. 26. Nr. 301. 1991
  12. ^ ASTM C242-01. “Standardterminologie von Keramik-Whitewares und verwandten Produkten”.
  13. ^ “Bodybuilder.” J. Ahmed. Asiatische Keramik. Juni 2014[full citation needed]
  14. ^ “Eine Einführung in die Technologie der Keramik.” Paul Rado, Institut für Keramik. 1988.
  15. ^ Dubochet, J.; McDowall, AW (Dezember 1981). “Verglasung von reinem Wasser für die Elektronenmikroskopie”. Journal of Microscopy. 124 (3): 3–4. doi:10.1111 / j.1365-2818.1981.tb02483.x.
  16. ^ Dubochet, J. (März 2012). “Cryo-EM-die ersten dreißig Jahre”. Journal of Microscopy. 245 (3): 221–224. doi:10.1111 / j.1365-2818.2011.03569.x. PMID 22457877.
  17. ^ “Nobelpreis für Chemie für Kryo-Elektronenmikroskopie”. Die New York Times. 4. Oktober 2017. Abgerufen 4. Oktober 2017.
  18. ^ Ojovan, Michael I.; Lee, William E. (2011). “Glasige Abfallformen für die Immobilisierung von Atommüll”. Metallurgische und Materialtransaktionen A.. 42 (4): 837–851. Bibcode:2011MMTA … 42..837O. doi:10.1007 / s11661-010-0525-7.
  19. ^ “Berechnungen der Abfallfreigabe für die Leistungsbewertung der integrierten Entsorgungsanlage 2005” (PDF). PNNL-15198. Pacific Northwest National Laboratory. Juli 2005. Abgerufen 08.11.2006.
  20. ^ Strimbeck, GR; Schaberg, PG; Fossdal, CG; Schröder, WP; Kjellsen, TD (2015). “Extrem niedrige Temperaturtoleranz bei Holzpflanzen”. Grenzen der Pflanzenwissenschaften. 6: 884. doi:10.3389 / fpls.2015.00884. PMC 4609829. PMID 26539202.