Andreas Cassius in Johann Kunckel je v delu »De Auro« (1685) prvič opisal metodo za pripravo rdeče oborine iz kositrove kisline z zlatom, snov, ki je kasneje postala znana kot Cassiusov škrlat. A. Cassius in njegov sina sta bila tista, ki sta preučevala nastanek rdeče oborine in jo vpeljala v talino stekla. Med ponovnim segrevanjem stekla, ki je vsebovalo Cassiusov škrlat, sta opazila da se v začetku brezbarvno steklo obarva v rdeče.

Odkritje komercialnega procesa za pridobivanje zlato-rubinovega stekla na podlagi tega laboratorijskega poskusa je bila težka naloga. Kunckel (1630-1705) je bil na trgovski lestvici uspešen v izdelavi zlato-rubinovega stekla in Kuncklova stekla so kmalu postala znana po njihovi lepoti. Umetnost izdelave masivnega zlatega rubina je s Kunckelovo smrtjo šla v pozabo. Ponovno so jo odkrili v 19. stoletju. Do takrat je bil zlatov rubin uporabljen samo za oblaganje stekla.

(Coloured glasses, W.A. Weyl)

Osnovni disperzijski tipi zlata v steklu

Sprememba iz enega tipa v drugega je rezultat enega ali več od štirih osnovnih procesov:

1.      Formacija jedra: Zgostitveni proces, ki vodi do kristalnega jedra, velikega od 2 do µm. vsako jedro sestoji iz več sto atomov. Kristali so dovolj veliki, da se obnašajo kot semena za nadaljnjo kristalizacijo, a ne dovolj veliki, da bi prispevali k vpijanju svetlobe.

2.      Rast kristalov: Atomi zlata, zmrznjeni od hitro povečujoče viskoznosti stekla, predstavljajo super-nasičeno raztopino. Ob ponovnem zagrevanju potujejo znotraj stekla in trkajo z jedrom. Njihovo vsrkavanje na površje jedra povzroči rast (večanje) kristalov. Pogoji, ki omejujejo rast določenih površij, vodijo do anisodimenzionalnih kristalov.

3.      Koagulacija: Togost stekla pod njegovim tališčem omejuje gibanje zlatih kristalov in dovoli samo atomom, da se razpršijo; ampak ko postane viskoznost zaradi povečanja temperature dovolj nizka, se mali kristali lahko gibljejo in trkajo. Takšni trki vodijo do sekundarnih molekul.

4.      Rekristalizacija: Rekristalizacija je rezultat težnje po zmanjšanju energije na površini kristalov. To vodi do zmanjšanega števila večjih kristalov in do spremembe dendritskih kristalov v  isodimenzionalne oblike. Rekristalizacija se lahko pojavi- zgodi samo takrat, ko je kovina dovolj raztopljena v steklu.

(Coloured glasses, W.A. Weyl)

Potek dela

V laboratoriju smo pripravili zlatotopko, ki je mešanica dveh kislin: HCl in HNO3, ki raztopita elementarno zlato s pomočjo katere smo kasneje raztopili elementarno zlato, ki ga dodali zmesi za steklo.

raztopina zlata

Med segrevanjem raztopine je iz čaše izhajal dušikov dioksid, zaradi česar je prišlo do spremembe barve. Pri tem pride do izhlapevanja vode, zaradi česar smo v čašo po potrebi dodali  zlatotopko, vendar samo toliko da  ni nastala oborina.  Raztopino smo poskušali čim bolj prekuhati, tako da bi izločili čim več dušikovega dioksida .Pri tem so nastale manjše izgube, ker je nekaj raztopine zlata ostalo na steni čaše.

V terilnici smo zmešali kremenčevem pesku - SiO2 in raztopino HAuCl4. Vse skupaj smo premešali, da  smo dobili homogeno zmes, in posušili, tako da je iz zmesi izhlapela še voda in HCl , ki sta ostali v zmesi skupaj z zlatom. Na koncu smo dobili zmes kremenčevega peska (SiO2) in zlata (Au).

V zmesarni (enem izmed obratov steklarskega objekta, kjer se mešajo sestavine steklene zmesi), smo zatehtali potrebne količine surovin. Zmes smo najprej dobro premešajo in jo nato so lončke napolnjene z zmesjo vstavili v peči.

vstavljanje lončka v peč

V peči se steklena zmes stali, kasneje iz nje steklarji izpihajo želeno obliko iz stekla. Izdelke odložijo na tekoči trak, ki jih popelje v hladilno napravo, ki izdelke postopoma ohladil.

Ne moremo z zagotovostjo trditi, da v zmes med taljenjem oziroma med dajanjem v peč ni prišla nobena druga snov, saj se lahko zgodi, da jih iz peči pade kakšen drobec druge snovi, ki pa lahko povsem spremeni barvo končnih izdelkov. Ampak tega niti ne vemo niti ne moremo dokazati,  razen če isti poskus ponovimo večkrat zapored. In tudi takrat ne moremo vedeti ali je za spremembo barve resnično kriv kakšen odvečni delec, ali je na to vlivala atmosfera v peči, saj menimo, da ima tudi ona vpliv na barvo stekla. Bolj kot v slednje pa smo prepričani, da na obarvanje vpliva tudi način ohlajanja stekla, saj se ravno takrat obarva večina stekel. Ko je steklena masa še v peči, ima več kot 1500°C in takrat se kristali, ki dajejo steklu barvo, še ne morejo oblikovati. Za razvoj kristalov je najbolj primerna temperatura med 575°C in 900°C, ki jo steklena masa doseže med ohlajanjem (tudi barva zlatovega rubina).

Poleg tega se je zmes talila v različnih pečeh, v katerih se je bila pred tem talila vsakič steklena zmes z drugimi sestavinami.

Delali smo z dvema recepturama,

Medtem ko se z prvo recepturo po nekaj poskusih nismo približali želeni barvi, smo poskuse na tej recepturi opustili zaradi omejenih surovin (količina zlata) .

izdelki iz prvega, četrtega, tretjega in drugega eksperimenta 

Barvi zlatovega rubina pa smo se najbolj približali v 10 eksperimentu pri recepturi za (navadno) steklo. 

Barvna lestvica ( izdelki iz eksperimenta 1, 5, 7, 10, 13, 14) 

Viri:   Surovine za steklo; Tkavc Ladislav, dipl. Ing./ 1974 

           Coloured glasses, W.A. Weyl, Society of glass technology, 1992 

Povzetek po raziskovalni nalogi: 

  Barvanj stekla z elementarnim zlatom - zlatov rubin 

Avtorji: Suzana Kunstek, Jana Švencbir, Benjamin Čoh 

                Mentor: Boris Pokorn 

                Somentorji:   Mihael Kolar 

                                    Andrej Zupan 

                                    Vesna Kobilšek 

Pripravila: Suzana Kunstek 

• Kaj je steklo in kako ga pridobivamo
• Tipi in uporaba stekla
• Reciklaža in zgodovina stekla