Окрашивание стекла и цветовая маркировка могут осуществляться несколькими способами.
путем добавления красящих ионов , [1] [2]
путем осаждения коллоидов нанометрового размера (так называемые ударные стекла [1], такие как «золотой рубин» [3] или красный «селеновый рубин»), [2]Древнеримское эмалированное стекло , I век, сокровище Беграма
Обычное натриево-кальциевое стекло кажется бесцветным невооруженным глазом, когда оно тонкое, хотя примеси оксида железа дают зеленый оттенок, который можно увидеть в толстых кусках или с помощью научных приборов. Дополнительные металлы и оксиды металлов могут быть добавлены в стекло во время его производства, чтобы изменить его цвет, что может улучшить его эстетическую привлекательность. Примеры этих добавок перечислены ниже:
Оксид железа(II) может быть добавлен в стекло, что приводит к голубовато-зеленому стеклу, которое часто используется в пивных бутылках. Вместе с хромом он дает более насыщенный зеленый цвет, используемый для винных бутылок .
Сера , вместе с углеродом и солями железа, используется для образования полисульфидов железа и производства янтарного стекла от желтоватого до почти черного. В боросиликатных стеклах, богатых бором, сера придает синий цвет. С кальцием она дает глубокий желтый цвет. [4]
Марганец можно добавлять в небольших количествах, чтобы удалить зеленый оттенок, который дает железо, или в более высоких концентрациях, чтобы придать стеклу аметистовый цвет. Марганец является одной из старейших добавок к стеклу, а фиолетовое марганцевое стекло использовалось еще со времен ранней египетской истории.
Диоксид марганца , который имеет черный цвет , используется для удаления зеленого цвета со стекла; в очень медленном процессе он преобразуется в перманганат натрия , темно- фиолетовое соединение. В Новой Англии некоторые дома, построенные более 300 лет назад, имеют оконные стекла, которые слегка окрашены в фиолетовый цвет из-за этого химического изменения, и такие стеклянные панели ценятся как антиквариат. Этот процесс широко путают с образованием «пустынного аметистового стекла», в котором стекло, подвергающееся воздействию пустынного солнца с высоким содержанием ультрафиолетового компонента, приобретает нежный фиолетовый оттенок. Детали процесса и состав стекла различаются, как и результаты, потому что не так просто получить или произвести должным образом контролируемые образцы. [5]
Небольшие концентрации кобальта (0,025–0,1%) дают синее стекло. Наилучшие результаты достигаются при использовании стекла, содержащего поташ . Для обесцвечивания можно использовать очень небольшие количества.
Никель , в зависимости от концентрации, дает синее, или фиолетовое , или даже черное стекло. Свинцовый хрусталь с добавлением никеля приобретает пурпурный цвет. Никель вместе с небольшим количеством кобальта использовался для обесцвечивания свинцового стекла .
Хром является очень мощным красителем, дающим темно-зеленый [6] или в более высоких концентрациях даже черный цвет. Вместе с оксидом олова и мышьяком он дает изумрудно-зеленое стекло. Хромовый авантюрин , в котором авантюресценция достигается путем роста крупных параллельных пластин оксида хрома (III) при охлаждении, изготавливается из стекла с добавлением оксида хрома в количестве, превышающем его предел растворимости в стекле.
Кадмий вместе с серой образует сульфид кадмия и дает глубокий желтый цвет, часто используемый в глазури. Однако кадмий токсичен. Вместе с селеном и серой он дает оттенки ярко-красного и оранжевого. [7]
Добавление титана дает желтовато - коричневое стекло. Титан, редко используемый сам по себе, чаще применяется для усиления и придания яркости другим красящим добавкам.
Уран (от 0,1 до 2%) может быть добавлен для придания стеклу флуоресцентного желтого или зеленого цвета. [8] Урановое стекло обычно не настолько радиоактивно , чтобы быть опасным, но если его измельчить в порошок, например, полируя наждачной бумагой, и вдохнуть, оно может быть канцерогенным . При использовании со свинцовым стеклом с очень высокой долей свинца дает темно-красный цвет.
Дидимий дает зеленый цвет (используется в УФ-фильтрах) или сиренево-красный. [7]
Селен , как и марганец, может использоваться в малых концентрациях для обесцвечивания стекла или в более высоких концентрациях для придания красноватого цвета, вызванного наночастицами селена , диспергированными в стекле. Это очень важный агент для изготовления розового и красного стекла. При использовании вместе с сульфидом кадмия [9] он дает блестящий красный цвет, известный как «селеновый рубин».
Чистая металлическая медь дает очень темно-красное, непрозрачное стекло, которое иногда используют в качестве заменителя золота при производстве стекла рубинового цвета.
Металлическое золото в очень малых концентрациях (около 0,001%, или 10 ppm) дает насыщенный рубиновый цвет стекла («Ruby Gold» или «Rubino Oro»), в то время как более низкие концентрации дают менее интенсивный красный цвет, часто продаваемый как « клюквенный ». Цвет обусловлен размером и дисперсией частиц золота. Рубиново-золотое стекло обычно изготавливается из свинцового стекла с добавлением олова .
Кассиев пурпур — фиолетовый пигмент, образующийся в результате реакции солей золота с хлоридом олова(II).
Добавление красителя в стекло
Основными методами этого являются эмалированное стекло , по сути, техника рисования узоров или изображений, используемая как для стеклянных сосудов, так и для витражей, и стеклянная краска, как правило, черного цвета, и серебряная морилка , придающая витражам оттенки от желтого до оранжевого. Все они обжигаются в печи или печи для их фиксации и могут быть чрезвычайно долговечными при правильном нанесении. Это не относится к стеклу «холодной окраски», с использованием масляной краски или других смесей, которые редко служат дольше нескольких столетий.
Цветные включения
Оксид олова с оксидами сурьмы и мышьяка производит непрозрачное белое стекло ( молочное стекло ), впервые использованное в Венеции для производства имитации фарфора , очень часто затем расписанное эмалями . Аналогично, некоторые дымчатые стекла могут быть основаны на темных включениях, но с помощью ионного окрашивания также возможно получение темных цветов (см. выше).
Стекло, содержащее две или более фаз с разными показателями преломления, проявляет окраску, основанную на эффекте Тиндаля и объясняемую теорией Ми , если размеры фаз схожи или больше длины волны видимого света . Рассеянный свет имеет синий и фиолетовый цвета, как видно на изображении, в то время как прошедший свет имеет желтый и красный цвета.
Дихроичное стекло имеет одно или несколько покрытий в нанометровом диапазоне (например, металлы, оксиды металлов или нитриды), которые придают стеклу дихроичные оптические свойства. Также синий оттенок некоторых автомобильных стекол вызван дихроизмом.
^ ab Бернард Х. В. С. Де Йонг, Рууд Г. К. Биркенс, Петер А. ван Нийнаттен: «Стекло», в: «Энциклопедия промышленной химии Ульмана»; Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2002, doi :10.1002/14356007.a12_365
^ abc Вернер Фогель: «Химия стекла»; Springer-Verlag Berlin и Heidelberg GmbH & Co. K; 2-е исправленное издание (ноябрь 1994 г.), ISBN 3-540-57572-3
^ Образование наночастиц золота в стекле золотисто-рубинового цвета: влияние олова
^ Вещества, используемые при изготовлении цветного стекла. Архивировано 2010-04-02 на Wayback Machine 1st-glass.1st-things.com (Дэвид М. Исситт). Получено 9 апреля 2014 г.
^ Нассау, Курт (2001). Физика и химия цвета: пятнадцать причин цвета. Wiley. ISBN978-0-471-39106-7. Получено 4 апреля 2013 г.
^ Химический информационный листок - Хром Архивировано 15 августа 2017 г. на Wayback Machine www.speclab.com. Получено 3 августа 2006 г.
^ ab R. Barbour. "Glassblowing for Laboratory Technicians" (PDF) . wiredfreak.com. Архивировано из оригинала (PDF) 26 марта 2012 г. . Получено 9 апреля 2014 г. .
^ Uranium Glass www.glassassociation.org.uk (Барри Скелчер). Получено 3 августа 2006 г.
^ "Selenium". Иллюстрированный словарь стекла . www.glassonline.com. Архивировано из оригинала 1 октября 2011 г. Получено 9 апреля 2014 г.
^ "Почему небо голубое, а закаты красные?: Синий и красный". Причины цвета . Институт динамического развития образования . Получено 23 апреля 2014 г.
