mini|Verschiedene Farbschattierungen antiker römischer Glasflaschen Glas (von germanisch glasa „das Glänzende, Schimmernde“, auch für „Bernstein“) ist ein Sammelbegriff für eine Gruppe amorpher Feststoffe, die beim Abkühlen aus einer Schmelze im Bereich der Glasübergangstemperatur in den festen Zustand übergehen, ohne dabei zu kristallisieren. Beim Abkühlen werden die Atome oder Moleküle nicht in einem Kristallgitter angeordnet, sondern die ungeordnete Struktur der flüssigen Phase bleibt erhalten.Glaszustand, im Wissenschaft-Online-Lexika bei spektum.de, abgerufen Januar 2023.
Die Bezeichnung „Glas“ wurde zum unspezifisch generischen Begriff, der so auch für eine Reihe anderer durchsichtiger Stoffe Verwendung findet, selbst wenn diese aus anderen Materialien (als Siliziumdioxid) bestehen, beispielsweise für Brillengläser aus Kunststoff, für Gewächshausglas (auch wenn es Kunststoffplatten sein können) oder für das aus spezieller Keramik bestehende Schauglas eines Kaminofens oder beim Glaskörper eines Auges.
Im Alltagsgebrauch bezeichnet Glas meist transparente Silikatgläser wie Trink- und Fenstergläser, die überwiegend aus Quarzsand bzw. Siliciumdioxid bestehen und zu den anorganischen Gläsern gehören. Amorph erstarrte Metalle werden als metallisches Glas bezeichnet. Natürlicher Bernstein sowie transparente Kunststoffe wie Acrylglas sind organische Gläser.
Gläser sind für Licht durchlässig, wenn hindurchtretende elektromagnetische Strahlung in diesem Wellenlängenbereich nicht durch Kristallgrenzen abgelenkt oder durch freie Elektronen absorbiert wird.
2023 wurden „Kenntnisse, Handwerk und Fähigkeiten der handgefertigten Glasproduktion“ von der UNESCO für mehrere Staaten in die Repräsentative Liste des immateriellen Kulturerbes der Menschheit aufgenommen.Knowledge, craft and skills of handmade glass production. UNESCO Intangible Cultural Heritage, 2023.
Definition mini|hochkant|SiO2 als Kristall: Quarz-Kristall mini|hochkant|SiO2 als Glas: Quarzglas
Glas ist ein amorphes, isotropes Feststoffmaterial, welches durch Unterkühlen einer Schmelze erzeugt wird.Inorganic and Composite Fibers Boris Mahltig; Yordan Kyosev (2019) Die Herstellung von Glas ist auch durch Sol-Gel-Prozesse und durch Stoßwellen möglich.
Beim Erstarren einer Schmelze zum Glas können zwar Kristallkeime gebildet werden, für einen weitreichenden Kristallisationsprozess bleibt jedoch nicht genügend Zeit. Der atomare Aufbau eines Glases ist daher dem einer hochviskosen Flüssigkeit vergleichbar. Behauptungen, Glas sei eine sehr zähflüssige Flüssigkeit, weil seine Atome im Gegensatz zu anderen Feststoffen nicht geordnet wären, sind wissenschaftlich gesehen jedoch nicht haltbar.
Auch nach Jahrzehnten oder Jahrhunderten fließt Glas nicht. An historischen Gläsern häufig zu beobachtende Schlierenbildung oder Verdickung auf der Unterseite sind vielmehr auf die damaligen Herstellungsprozesse wie den Fourcault-Prozess zurückzuführen (Siehe Geschichte des Glases).
Der Transformationsbereich, das ist der Übergangsbereich zwischen Schmelze und Feststoff, liegt bei vielen Glasarten um 600 °C. Trotz des nicht definierten Schmelzpunkts sind Gläser Festkörper. Allerdings werden sie in der Fachterminologie als „nichtergodisch“ bezeichnet. Das heißt, ihre Struktur befindet sich nicht im thermodynamischen Gleichgewicht. Viele Kunststoffe – insbesondere thermoplastische Polymere wie zum Beispiel Polymethylmethacrylat (Plexiglas), fallen wegen ihres amorphen Aufbaus und eines Glasübergangs ebenfalls in die Kategorie Gläser, obwohl sie eine völlig andere chemische Zusammensetzung aufweisen als Silikatgläser. Sie werden daher oft als organisches Glas bezeichnet.
Aus der Beobachtung der Eigenschaften der Gläser und ihrer Struktur wurden viele Versuche angestrengt, eine umfassende Definition für den Begriff Glas zu geben. Der anerkannte Glaswissenschaftler Horst Scholze führte eine Auswertung der gängigsten Definitionsversuche des Begriffs Glas durch. In seiner Monographie „Der Glaszustand“ (1933) formierte Gustav Tammann folgende Definition: „Im Glaszustand befinden sich die festen, nicht kristallisierten Stoffe.“, während die ASTM 1945 als Definition „Glas ist ein anorganisches Schmelzprodukt, das im wesentlichen ohne Kristallisation erstarrt.“ vorschlug. Franz Eugen Simon gab bereits 1930 eine Definition aus thermodynamischer Sicht: „Im physikochemischen Sinn ist Glas eine eingefrorene unterkühlte Flüssigkeit.“ Nach Scholze haben alle diese Definitionen ihre Berechtigungen, jedoch auch ihre Schwächen. So ist die Definition nach Tammann zu allgemein und schließt Kieselgel, das ebenfalls ein nichtkristalliner Festkörper ist, nicht als Glas aus. Die Beschränkung der ASTM-Definition auf anorganische Substanzen wurde von Scholze als bedenklich bewertet, da mittlerweile einige organische Gläser bekannt sind.Horst Scholze: Glas. Natur, Struktur und Eigenschaften. 3. Auflage.Werner Vogel: Glaschemie. 3. Auflage. Eine umfassende Definition wurde von der Kommission für Terminologie der Sowjetunion gegeben: „Als Gläser werden alle amorphen Körper bezeichnet, die man durch Unterkühlung einer Schmelze erhält, unabhängig von ihrer chemischen Zusammensetzung und dem Temperaturbereich ihrer Verfestigung und die infolge der allmählichen Zunahme der Viskosität die mechanischen Eigenschaften der fester Körper annehmen. Der Übergang aus dem flüssigen in den Glaszustand muß dabei reversibel sein.“Manfred Flemming: Faserverbundbauweisen. Springer-Verlag, Berlin 1995, ISBN 3-540-58645-8, S. 52. Die Beschränkung der Gläser auf Festkörper, die aus einer Schmelzphase erhalten wurden, ist aus heutiger Sicht ebenfalls bedenklich, da auch der Sol-Gel-Prozess amorphe Festkörper bzw. Gläser hervorbringen kann. Die Besonderheit des Glaszustandes der Materie geht so weit, dass einige Forscher ihn als „vierten Aggregatzustand zwischen Festkörper und Flüssigkeit“ ansahen.
Einteilung der Gläser mini|Natürliches Glas: ein Moldavit; die grüne Farbe rührt hauptsächlich vom Eisenoxid im erschmolzenen Sand.
Nach Art der GeneseNeben künstlichen finden sich auch natürliche Gläser: Obsidian und Bims sind vulkanischen Ursprungs,Helmut A. Schaeffer: Glastechnik. Band 1: Werkstoff Glas. 2012, S. 198 f. Impaktgläser und Tektite entstehen durch Meteoriteneinschlag,Helmut A. Schaeffer: Glastechnik. Band 1: Werkstoff Glas. 2012, S. 204 ff. Fulgurite bei Blitzeinschlag,Helmut A. Schaeffer: Glastechnik. Band 1: Werkstoff Glas. 2012, S. 208 f. Trinitit durch Atombombenexplosion und der Friktionit Köfelsit durch Bergstürze. Diese Gläser entstehen aus dem Schmelzen von Sanden. Durch Einwirkung einer Stoßwelle kann ein Kristallgitter seine geregelte Struktur verlieren und sich so in einen amorphen Festkörper umwandeln. So entstandene Gläser werden als diaplektisch bezeichnet.Roland Vinx: Gesteinsbestimmung im Gelände. München (Elesevier) 2005, ISBN 3-8274-2748-7, S. 33. Hierzu zählt Maskelynit, das aus Feldspat entstanden ist. Künstliche Gläser werden hauptsächlich durch Schmelzen von Rohstoffen in verschiedensten Schmelzaggregaten erzeugt. Ein weiterer Syntheseweg zur Herstellung von Gläsern ist der Sol-Gel-Prozess, mit dem dünne Schichten oder Aerogele erzeugt werden können.Helmut A. Schaeffer: Glastechnik. Band 1: Werkstoff Glas. 2012, S. 212 ff. Nach Art des „Chemismus“ Der größte Teil der heute hergestellten Gläser sind Kalk-Natron-Gläser, welche zur Gruppe der Silikatischen Gläser gehören. Alle Gläser dieser Gruppe haben gemeinsam, dass ihr Netzwerk hauptsächlich aus Siliziumdioxid (SiO2) gebildet wird. Durch Zugabe weiterer Oxide wie beispielsweise Aluminiumoxid oder verschiedener Alkalioxide entstehen die Alumo- oder Alkali-Silikatgläser. Für die Einordnung entscheidend ist, welches Oxid mengenmäßig das zweithäufigste im silikatischen Grundglas ist. Ein Silikatglas ohne weitere Bestandteile – also reines SiO2 – wird als Kiesel- oder Quarzglas bezeichnet. Aufgrund seiner hohen chemischen Beständigkeit und thermischen Belastbarkeit sowie des geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten wird es oft in technischen Spezialanwendungen genutzt. Treten als Hauptnetzwerkbildner eines Glases Phosphorpentoxid oder Bortrioxid auf, spricht man von Phosphat- bzw. Boratgläsern, deren Eigenschaften ebenfalls durch Zugabe weiterer Oxide eingestellt werden können. Alle zuvor genannten Gläser bestehen größtenteils aus Oxiden, weshalb man sie zusammenfassend als Oxidische Gläser bezeichnet. Ist das Anion eines Glases ein Halogenidion spricht man von Halogenidglas oder von einem Chalkogenidglas, wenn es sich hauptsächlich um Schwefel, Selen oder Tellur als Anion im Glasnetzwerk handelt. Diese Gläser zeichnen sich durch eine hohe Transparenz, weit über den sichtbaren Bereich des Lichtes hinaus, aus und werden deshalb in der Infrarotoptik eingesetzt. Neben diesen anorganisch-nichtmetallischen Gläsern existieren noch organische Gläser, beispielsweise amorphe Kunststoffe, welche mit den zuvor genannten als nichtmetallische Gläser zusammengefasst werden können und den metallischen Gläsern gegenüberstehen. Die Grenzen zwischen den einzelnen Glastypen sind fließend und es gibt zahlreiche Untertypen. Ein Beispiel hierfür sind die Oxy-Nitridgläser, in denen ein Teil der Sauerstoffionen durch Stickstoff ersetzt wurde, um gezielt Eigenschaften zu erzeugen. Dadurch ist dieses Glas als ein Hybrid zwischen oxidischen und nichtoxidischen Gläsern aufzufassen. Gläser, welche nur aus einem Bestandteil, also dem Netzwerkbildner, bestehen, werden als Einkomponentengläser bezeichnet. Das typische Beispiel hierfür ist das Quarzglas. Durch Zugabe weiterer Bestandteile erhält man die sogenannten Zweikomponentengläser wie das Alkaliboratglas oder die Dreikomponentengläser wie das Kalk-Natron-Glas. In der Regel enthalten Gläser mehr als nur drei Bestandteile, jedoch werden nur die Hauptbestandteile genannt, da sich die Gläser dieser Zusammensetzungen in ihren Eigenschaften und Einsatzgebieten weitestgehend ähneln. Die hierarchische Beziehung der Gläser untereinander ist in der untenstehenden Abbildung dargestellt.Helmut A. Schaeffer: Glastechnik. Band 1: Werkstoff Glas. 2012, S. 60–68.
mini|Kelch aus Milchglas (Trübglas) mini|Glaskeramikkochfeld