色ガラスの化学

色ガラスの化学について疑問に思ったことはありますか?初期のガラスは、ガラスを作るために使用される砂に含まれる天然の不純物、または砂を溶かすために使用される石炭からの煙のいずれかによって色がつきました。たとえば、17 世紀の英国の濃い緑色からほぼ黒色の「黒いボトル ガラス」は、砂に含まれる鉄と石炭に含まれる硫黄によってその色が付けられました。しかし、ほとんどのガラスは、元素や化合物を意図的に添加することで色を得ています。色付きガラスの化学を見てみましょう。

ガラスを着色する元素と化合物

この表は、ソーダ石灰ガラスを着色する元素と化合物を示しています。成分を混ぜて中間色を作ることもできます。また、遷移金属はいくつかの酸化状態を示すため、条件によっては 1 つの元素が複数の色を生成する場合があります。

ガラスの着色の基本

ガラスの着色は、ガラスに特定の元素や化合物を一定量加えることほど簡単ではありません。ガラスの不純物は、ガラスが最初から透明になるように、鉄と硫黄の化合物を沈殿させる脱色剤を必要とする場合があります。 2 つの一般的な脱色剤は、二酸化マンガンと酸化セリウムです。それでも、ガラスの化学組成は、添加物によって生成される色に大きな役割を果たします。ほとんどのガラスはソーダ石灰ガラスですが、ホウケイ酸ガラスや有鉛「クリスタル」など、他の種類のガラスも存在します。添加物からのイオンは、ガラスに異なる影響を与えます。たとえば、硫黄化合物はソーダ石灰ガラスの色合いを琥珀色に変えますが、ホウケイ酸ガラスは青色に変えます。

ガラスに着色剤を添加することに加えて、表面コーティングを適用することができる。表面コーティングの厚さを変化させると、光の散乱によって虹色を生み出すことができます。たとえば、虹色のガラスは、コロイド状の銀または金の薄い層を適用することで得られます。レイヤー上の透明なガラス コーティングが効果を保護します。

また、環境要因により、時間の経過とともに色が変化する場合があります。たとえば、最初は透明だった古いニュー イングランドの窓ガラスは、太陽光による化学変化により、現在は淡い紫色になっている場合があります。表面処理されたガラスは、空気中の酸化や食べ物や飲み物との反応によって色が変わることがあります。時には効果が意図的に行われます。たとえば、ガラスに塩化スズまたは塩化鉛を吹き付け、ガラスを還元雰囲気で加熱すると、虹彩ガラスが形成されます。

参考文献

• バーナード・デ・ヨング;ら。 (2011) Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry の「Glass, 1. Fundamentals」 . Wiley-VCH Verlag GmbH &Co. KGaA。 doi:10.1002/14356007.a12_365.pub3
• ナッソー、カート (2001)。 色の物理と化学:色の 15 の原因 .ワイリー。 ISBN 978-0-471-39106-7.
• フォーゲル、ヴェルナー (1994)。 ガラス化学 （第2改訂版）。スプリンガー出版社。 ISBN 3-540-57572-3.