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Der Umgang mit Glas im Labor
Die Glasherstellung ist der Menschheit schon seit dem Altertum bekannt. Die alten Ägypter brachten die Technik der Glasherstellung zu den Griechen und den Römern. Über die Römer gelangte sie nach Mitteleuropa. Die ersten Glashütten entstanden in Deutschland um das Jahr 1000 nach Christus in den Wäldern Bayerns und Böhmens.  
    
 
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Alchemistische Geräte aus grünem Waldglas im Dt. Museum München

  
 
Zur Herstellung von Glas wird Sand (im wesentlichen Siliciumdioxid, SiO2), Kalk (Calciumcarbonat) und Pottasche (Kaliumcarbonat) gemahlen, in einem bestimmten Mischungsverhältnis gemischt und in Schmelzöfen geschmolzen. Die Carbonate dienen als Flussmittel zur Erleichterung des Schmelzens. Bei ca. 900°C backt das Gemisch zusammen, wobei Kohlenstoffdioxid frei wird. Bei ca. 1500°C entsteht eine klare Schmelze, die nach dem Abkühlen durch Blasen mit dem Mund oder mit Pressluft, Pressen, Walzen oder Ziehen in die gewünscht Form gebracht wird. Heute noch werden viele Glasgeräte für das chemische Labor von Hand angefertigt und durch Glasblasen hergestellt.  
   
Durch die Zugabe von Metalloxiden lässt sich das Glas färben. In der frühen Alchemie besaß man meist nur grünes Waldglas, das eine relativ schlechte Qualität aufwies (vgl. Abbildung). Die Herstellung erfolgte aus Buchenasche und Sand, der mit Eisenoxid verunreinigt war. Dadurch entstand die grünliche Färbung. Da die Herstellung von größeren Mengen an Pottasche viel Zeit und Mühe kostete, war der Preis für Glas im Mittelalter sehr hoch. Eine Änderung ergab die Erfindung zur großtechnischen Herstellung von Soda (Natriumcarbonat) durch den Franzosen Nicolas Leblanc (1742-1806) im Jahre 1794 in Paris. Das Soda ersetzte die bis dahin verwendete Pottasche.  
   
Je nach Zusammensetzung erhält man verschiedene Glassorten für verschiedene Zwecke. Die Qualität des Glases für das chemische Labor hängt vor allem von der Schmelztemperatur und der Beständigkeit bei starken Wärmeschwankungen ab. Während Bleiglas oder Natronglas leicht schmelzbar und für Biegeröhrchen gut geeignet ist, gibt es Glassorten aus reinem Quarzglas, die Temperaturen bis zu 2000°C aushalten:  
  
 
Glassorte
Zusammensetzung
Erweichung
Einsatzgebiet
Bleiglas
52% SiO2
13% K2O
35% PbO
ca. 450°C
Verbindung von Glasteilen
Natronglas
(Normalglas)
73% SiO2
15% Na2O
12% CaO
ca. 700°C
Biegeröhrchen
Flaschen, dickwandige Gefäße
Borosilicatglas
89% SiO2
7% B2O3
4% Erdalkali
ca. 790°C
Bechergläser, Kolben, Thermometer,
Reagenzgläser
Duranglas 50 ®
Solidex ®
Pyrex ®
81% SiO2
13% B2O3
4% Alkali
2% Al2O3
ca. 815°C
Bechergläser, Kolben, Glaswolle, Reaktionsgefäße,
Reagenzgläser
Supremax ®
57% SiO2
1% Na2O
12% MgO
26% Al2O3
4% B2O3
ca. 950°C
Verbrennungsrohre, Reagenzgläser, schwer schmelzbare Gefäße
Quarzglas
100% SiO2
ca. 1400°C
Verbrennungsrohre,
Tiegel, Quarzglaswolle
  
 
Reinigen von Glas 
  
Die Reinigung der Glasgefäße im chemischen Labor erfolgt mit größter Vorsicht. Reagenzglasbürsten, Pfeifenreiniger (für Rohre) und andere Bürsten aller Art dienen zusammen mit einem Spülmittel zur einfachen mechanischen Reinigung. Bringt diese keinen Erfolg, benötigt man spezielle Reinigungsmittel. Für jede Verunreinigung ist ein spezielles, chemisches Reinigungsverfahren notwendig:  
  • Silber- und Kupferspiegel lassen sich mit konzentrierter Salpetersäure,
  • Oxid- und Kalkreste mit verdünnter Salzsäure,
  • Braunsteinreste mit Schwefliger Säure,
  • Verkohlungsrückstände durch Ausschmelzen mit Kaliumnitrat,
  • Fette mit Laugen oder Sodalösung und
  • Öl- und Teer-Reste mit Benzin beseitigen.
In der Schulpraxis haben sich universelle Reinigungskonzentrate wie Extran® bewährt. Dabei sind die entsprechenden Sicherheitsvorkehrungen zu beachten, z.B. bei Laugen, Säuren oder leicht entzündlichen Reinigungsmitteln wie Benzin oder Ethanol.  
   
Zum Trocken der Glasgeräte werden sie kurz mit destilliertem Wasser abgespült, um Kalkreste zu verhindern, und dann an ein Abtropfgestell gehängt. Zum schnellen Reinigen oder Trocken eignen sich auch Geschirrspülmaschinen oder Trockenschränke. Geeichte Gefäße dürfen nicht in einem Trockenschrank getrocknet werden. Die Aufbewahrung aller Glasgefäße erfolgt in staubgeschützten Schränken oder Schubladen.  
   
  
Verbinden von Glasapparaturen und Glasrohren 
   
In den Schulen werden Glasrohre durch einfache und möglichst kurze Schlauchstücke miteinander verbunden. Es empfiehlt sich die Anschaffung einer Standardweite für Glasrohre mit einem Außendurchmesser von 8mm. Dazu passen Gummischläuche mit einem Innendurchmesser von 7mm. Vor dem Aufsetzen eines Schlauches befeuchtet man die Glasrohre ein wenig mit Wasser oder Glycerin. Das Festbacken der Schläuche am Glasrohr lässt sich durch die Verwendung von Siliconöl vermeiden. Zum Trocknen werden die Schläuche aufgehängt. Alte und hart gewordene Schläuche sind zu entsorgen, da sie nicht mehr dicht sind.  
  
 
Verwendung eines Vakuumschlauchs beim Abnutschen

Verwendung eines Vakuumschlauchs beim Abnutschen
 
 
Vakuumschläuche besitzen eine große Wandstärke und werden beim Evakuieren von Geräten, z.B. mit einer Wasserstrahlpumpe benötigt. Siliconschläuche sind hitzebeständiger und flexibler, sie eignen sich für entsprechende Experimente. Für transparente Schlauchverbindungen verwendet man klare PVC-Schläuche. Bei Gasen oder Flüssigkeiten, die Gummi angreifen, z.B. bei Benzin, müssen Schliffverbindungen eingesetzt werden.  
   
  
Verschließen von Glasapparaturen 
  
Reagenzgläser und Kolben werden mit Gummistopfen verschlossen. Zum einfachen Verschließen eignen sich für die Schule Stopfen aus Gummi. Bei durchbohrten Stopfen ist die Verwendung von Siliconstopfen empfehlenswert, da bei vielen Experimenten mit heißen Gasen gearbeitet wird, die die Stopfen angreifen. Stopfenbohrungen können auch selbst mit Stopfenbohrern gebohrt werden. Beim Einführen von Glasrohren oder Thermometern in die Stopfenbohrungen wird das Rohr vorher mit Wasser oder mit Paraffinöl gleitfähig gemacht. Dann führt man das Rohr durch vorsichtige Drehbewegungen ein. Zum Schutz vor Glasbruch ist beim Einführen und vor allem auch beim Herausdrehen des Rohres das Tragen von Schutzhandschuhen oder die Verwendung von Lappen empfehlenswert. Sitzen Glasrohre in Bohrungen fest, lassen sie sich durch Kneten oder Einführen von Wasser in die Zwischenräume lockern.  
   
  
Technik der Glasbearbeitung 
  
Einfache Glasgeräte für das Labor wie Pipetten, Glasrohrstücke oder Glasstäbe lassen sich mit Hilfe von Ampullenfeilen und Brennern selbst herstellen. Es eignen sich in besonderem Maße Schlitzaufsätze für Brenner, die die Brennerflamme verbreitern. Dabei sind folgende Grundregeln zu beachten:  
  • Es ist grundsätzlich eine Schutzbrille zu tragen, da das Herumfliegen von Glassplittern nicht immer vermeidbar ist.
  • Beim Brechen von Glasstäben oder Glasrohren wird zum Schutz der Hände ein Tuch benutzt.
  • Erhitztes Glas darf nicht angefasst oder auf hitzeempfindliche Stellen (Holz, Kunststoff, Papier) gelegt werden.
  • Als Arbeitsplatte wird eine feuersichere Unterlage verwendet.
Bevor man mit dem Glasbearbeiten beginnt, richtet man sich einen Arbeitsplatz ein und achtet vor allem auf die Sitzhaltung: Man sitzt aufrecht vor dem Tisch und stellt die Ellenbogen auf den Tisch, so dass die Unterarme parallel zueinander stehen. Der Brenner sollte auf einer feuersicheren Unterlage genau zwischen den beiden Händen stehen.  
    

Glasbläser bei der Arbeit

Glasbläser bei der Arbeit
 
  
Schneiden von Glasrohren oder Glasstäben  
   
Das Glasrohr oder der Glasstab wird an der gewünschten Stelle mit Hilfe einer Ampullenfeile oder einer Dreikantfeile ein wenig eingeritzt. Dann fasst man das Glasrohr mit beiden Händen so, dass die Daumen gegenüber dem Ritz mit 1-2 Zentimeter Abstand liegen. Mit leichtem Druck der Daumen wird das Glasrohr gegen den Ritz nach außen in eine Biegebewegung versetzt (vgl. Abbildung). Dabei bricht das Glasrohr im Idealfall genau an der Ritzstelle auf und bildet eine scharfe Kante. Diese wird danach durch das senkrechte Halten des Rohrendes in die nicht leuchtende Brennerflamme und durch ständiges Drehen rundgeschmolzen.  
 
Glas brechen
  
 
Ausziehen einer Spitze 
  
Das Glasrohr wird mit beiden Händen an den Enden gehalten und genau in der Mitte durch vorsichtiges Drehen gleichmäßig in einem möglichst breiten Bereich erwärmt. Der Drehimpuls sollte nur aus Daumen und Zeigefinger kommen. Sobald man spürt, dass die erhitzte Stelle weich wird, wird das Rohr aus der Flamme genommen und dann auseinandergezogen. Je heißer die Stelle erhitzt wird, umso dünner wird die ausgezogene Spitze. Dabei lassen sich auch Kapillarröhrchen mit sehr geringem Durchmesser herstellen. Die ausgezogenen Glasrohre bricht man durch Ritzen mit einer Ampullenfeile auseinander. Man erhält zwei Teile, die sich zusammen mit einem Pipettenhütchen als Pipetten verwenden lassen.  
 

 

 Glasrohre
  
  
Biegen von Glasrohren 
  
Das Glasrohr wird unter ständigem Drehen (und Hin- und Herschieben, sofern man keinen Schlitzaufsatz besitzt) an einer ca. 5cm breiten Stelle erhitzt. Sobald das Glas erweicht, darf es nicht mehr weiter gedreht werden. Man nimmt es kurz aus der Flamme und lässt es aufgrund der Schwerkraft ein wenig in eine Richtung biegen. Dann erhitzt man nicht mehr an der Biegestelle, sondern ein ganz klein wenig dahinter. Auf diese Art und Weise erhält man regelmäßige Biegungen ohne Knick.  
    
    
Gebogene Glasrohre
   
   
Biegungen über 90°C sind schwierig herzustellen und erfordern einige Übung. Für die Schule stellt man sich eine Grundausstattung an verschiedenen Biegerohren selbst her. Bei Pipetten, Glasstäben und gebogenen Rohren für Schülerübungen, empfiehlt es sich, wenn die Schüler diese selbst produzieren.  
   
    
Glasbearbeitungen

Selbst hergestellte Standard-Glasteile für die Schule

 
Einblick in die Arbeit einer Glasbläserei: Film auf >DVD
 
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