Miks on klaas keemiliselt nii stabiilne?

Klaas on silikaatide segu, mida kirjeldatakse tavaliselt oksiidide sisalduse kaudu. Ehkki klaasi kasutatakse väga laialdaselt erinevates valdkondades ja on olemas palju erineva keemilise koostisega klaase, teen selguse huvides edaspidi juttu kitsmaalt kvartsklaasist (SiO2).

Kvartsklaas on keemiliselt stabiilne seetõttu, et räni- ja hapnikuaatomi vaheline keemiline side on väga tugev. See tähendab, et selle lõhkumiseks on vaja kulutada väga palju energiat. Lihtsalt öeldes sobib räniaatom moodustama keemilist sidet hapnikuaatomiga palju rohkem kui mõne teise elemendi aatomitega. 

Keemilise sideme kahe aatomi vahel moodustavad aatomi välistel elektronkihtidel paiknevad elektronid. Räni- ja hapnikuaatomi suurus ja elektronide paiknemine on selline, et kaks aatomit on teineteisest optimaalsel kaugusel. Lisaks saavad väliskihtide elektronid moodustada väga tugeva keemilise sideme.

Räni- ja hapnikuaatomid moodustavad võrgustiku, kus iga räniaatom on seotud nelja hapnikuaatomiga ning omakorda iga hapnikuaatom kahe räniaatomiga. Kõik moodustunud keemilised sidemed on äärmiselt tugevad. Hapnikuaatomid on selles olukorras justkui sillad räniaatomite vahel. Selline aatomite paiknemine muudabki klaasi väga inertseks ja vastupidavaks.

Millistes valdkondades on klaasi keemiline stabiilsus eriti oluline?

Klaasi keemiline stabiilsus on ennekõike oluline keemialaboris, kus kasutatakse näiteks borosilikaatklaasi. Sellele klaasi tüübile on lisatud B2O3 (booroksiidi), mis vähendab soojuspaisumist. Borosilikaatklaasist valmistatakse näiteks lehtreid, katse- ja keeduklaase, kolbe ning mõõtesilindreid, mis puutuvad kokku kemikaalidega. 

Praktikas on oluline see, et kemikaalid klaasiga ei reageeriks ning klaasi koostises olevad ained ei satuks kemikaalide koostisesse. Seetõttu ei saagi mõnda kemikaali klaasanumas hoida. Näiteks reageerivad klaasiga vesinikfluoriidhape ja suure kontsentratsiooniga naatriumhüdroksiid. 

Lisaks kasutatakse klaasi näiteks pH-meetrites, mille abil määratakse lahuse happelisust. pH-meetri ots, mis viiakse lahusesse, on valmistatud spetsiaalsest vesinikioone läbilaskvast klaasist. Ka sellisel juhul on oluline, et klaas lahusega ei reageeriks.

Keemilise stabiilsuse tõttu kasutatakse klaasi ravimitööstuses ravimite pakendamiseks ja hoiustamiseks. Näiteks kasutatakse mõne kemikaali tootmiseks seadmeid, mis on seestpoolt klaasiga kaetud. See tagab keemilise reaktsiooni toimumise keskkonna inertsuse. 

Klaasi saab kasutatada ka tuumajäätmete hoiustamiseks.

Millised on klaasi kasutuses uudsemad suunad?

Innovaatilisema poole pealt kasutatakse näiteks bioaktiivset klaasi, mis aitab ravida luumurde. Lisaks uuritakse poorse kattega seest tühje klaaskuulikesi, mille diameeter jääb vahemikku 20–100 mikromeetrit. Neid saab kasutada vähiravis. 

Muidugi arendatakse ka aknaklaase. Näiteks kannavad mõned neist päikesepaneelide omadusi. Nende puhul laseb aknaklaas läbi umbes 70 protsenti valgusest, kuid ülejäänud valgus suunatakse päikeseelementidele, kus see elektrienergiaks muundatakse.