Inimesed oskasid klaasi teha juba umbes 4000 aastat tagasi, kui Mesopotaamia meistrid avastasid, et räni, leelise ja lubja segust saab sulatada klaasi. Räni saadi toona purustatud kvartsist või liivast, leeliselist soodat aga näiteks taimede tuhast.  Ja peagi saadi aru ka teisest tõest: kui lisada sulamisse metallide ühendeid, muutub klaas täiesti teistsuguseks – värviliseks, tugevamaks, kuumakindlamaks või hoopis paremini valgust ja soojust juhtivaks.

Värv klaasis sündis metallidest

Varaseim klaas oli tihti loomupäraselt värvunud – näiteks raua lisanditest liivas tekkis rohekas toon. Kuid üsna varakult hakati klaasi teadlikult värvima, lisades segule metallühendeid. Koobalti abil saadi tumesinine klaas, plii võimaldas kollaseid toone ning kroomi või raua erinevate vormidega anti klaasile erinevaid rohelisi toone.

Rooma ajaks tõusis klaasitootmise tehnoloogia uuele tasemele: lisaks värvilisele klaasile hakati väärtustama ka selget, värvitut klaasi. Selle saavutamiseks kasutati antimoni ja mangaani ühendeid, mis aitasid neutraliseerida rauast tulenevat rohekat varjundit. Nii muutus klaas ühtaegu luksuslikumaks ja praktilisemaks – läbipaistvaks akna- ja tarbenõude klaasiks.

Mida metallid klaasile annavad?

Klaasi “selgroog” on ränioksiid (SiO₂), kuid puhas SiO₂ sulab väga kõrgel temperatuuril. Seetõttu lisatakse klaasile metalle (enamasti oksiididena), mis kannavad kolme põhirolli:

  • Sulatamise lihtsustamine. Naatrium (Na) ja kaalium (K) aitavad klaasil sulada madalamal temperatuuril ja muudavad sulami tootmises paremini juhitavaks. Klassikaline koostis – liiv, sooda, lubi – ongi selle loogika tuum.
  • Stabiilsus ja vastupidavus. Kaltsium (Ca) ja sageli ka magneesium lisavad klaasile keemilist vastupidavust ja stabiilsust. Alumiinium (Al) võib tugevdada klaasivõrku (nt aluminosilikaatklaasides), mis on oluline tänapäeva tugevdatud ekraaniklaaside ja tehniliste klaaside maailmas.
  • Värv, valguse filtreerimine ja eriefektid. Koobaltist, rauast, mangaanist ja antimonist oli juba juttu, kuid on veel terve rida teisi metalle, ja enamasti just nende oksiide, mis annavad klaasile eri toone ja optilisi omadusi.

Värvide paraad

Kui eesmärk on kollane kuni pruun toon, kasutatakse sageli raua ja väävli koosmõju: nii sünnib klassikaline merevaiguklaas (amber glass), mida näeme näiteks õlle- ja ravimipudelitel, sest see toon aitab sisu paremini valguse eest kaitsta. Nikkeloksiid annab klaasile suitsuse halli või pruunika varjundi – tüüpiline valik arhitektuurses toonitud klaasis, kus lisaks välimusele tahetakse vähendada pimestust ja osa päikesekiirguse läbilaskvusest. Kroomoksiid annab tugevama rohelise tooni ning seda kohtab nii pudeliklaasis kui ka dekoratiivsetes lahendustes.

Punaste toonide maailm on omaette klass: seleeni ja vase ühendid võivad anda roosakaid kuni punakaid varjundeid, ning eriti efektne rubiinpunane on võimalik ka kulla (ja mõnikord ka hõbeda) väga peente osakeste abil – see on põhjus, miks osa ajaloolisest vitraažist ja kunstklaasist helendab eriliselt sügava tooniga.

Optiline ja sisuline mõju

Metallid ei anna klaasile ainult värvi, vaid ka optikat ja funktsiooni. Näiteks tseeriumoksiidi lisatakse klaasi UV-kiirguse neelamiseks, et kaitsta sisu ja interjööri pleekimise eest – see on oluline vitriinide, muuseumiklaaside ja osade pakendite puhul.

Energiatõhusates akendes kasutatakse omakorda metallipõhiseid õhukesi kihte: hõbedakiht aitab peegeldada infrapunakiirgust tagasi ruumi, mis parandab soojapidavust. Tehnoloogilistes klaasides ja ekraanides kohtab ka läbipaistvaid juhtivaid kihte (nt tina- või indiumipõhised oksiidid), mis võimaldavad klaasil olla ühtaegu läbipaistev ja elektriliselt aktiivne.

Nii on metallidest saanud klaasi arengu võtmetegur: sama põhimõte, mis kunagi võimaldas klaasile sinise või rohelise tooni anda, aitab täna teha klaasi, mis säästab energiat, kaitseb UV eest ja töötab koos nutiseadmetega.

Teaduse ja tööstuse arenguga on klaasist saanud materjal, mis peab tegema korraga mitu asja: hoidma sooja, filtreerima UV-d, peegeldama infrapunakiirgust, olema kriimukindel, taluma termošokki ja sobima kõrgtehnoloogiasse.

Klaas on vana leiutis, kuid selle iseloom on ajas aina rohkem kujunenud metallide abil. Sama põhimõte, mis kunagi andis klaasile sinise tooni – metallide lisamine –, aitab täna teha energiasäästlikke aknaid, nutiseadmete kaitseklaase ja erifunktsionaalseid tehnilisi lahendusi.