تاریخچه شیشه

اولین شواهد دال بر تعامل انسان با شیشه، کشف ابزارهای پوسته‌دار ابسیدین و سر پیکان‌های مربوط به بیش از 200000 سال پیش بود. ابسیدین یک شیشه آتشفشانی است که هنگامی که گدازه آتشفشانی داغ به سرعت سرد می شود تشکیل می شود.

ساخت اولین شیشه احتمالاً در اوایل هزاره سوم قبل از میلاد در بین النهرین رخ داده است. یافته‌های شیشه‌ای اولیه شامل دانه‌های نسبتاً خامی است که معمولاً در اطراف یک سیم فلزی تشکیل شده‌اند. آنها آبی و سبز هستند که نشان می دهد اولین شیشه برای جایگزینی یا تداعی سنگ های نیمه قیمتی مانند لاجورد و فیروزه استفاده می شد. این منعکس کننده بسیاری از تاریخچه شیشه سازی است که در آن شیشه جانشینی برای تجمل، سنگی ساخته دست بشر بود، شیشه ارزان تر و نرم تر و کار کردن با آن آسان تر بود.

ورق های شیشه ای دمیده و ریخته گری از زمان رومیان در معماری مورد استفاده قرار گرفته اند. نویسندگان در اوایل قرن پنجم از شیشه‌ های رنگی در پنجره ها یاد می کنند. در حدود سال 1000 پس از میلاد در اروپا کلیساسازی و تولید شیشه‌ های رنگی شروع به رونق کرد. با این حال، این کلیساها به سبک رومی با دیوارها و ستون های عظیم برای تحمل وزن خود بودند و بنابراین فقط پنجره های نسبتا کوچکی داشتند.

بررسی شیشه از نظر شیمیایی

 چرا وقتی مواد دیگر مات هستند، می‌توانیم آن را ببینیم؟ شیشه ها در وضعیتی ضعیف در جایی بین جامدات و مایعات قرار دارند. به طور کلی، هنگامی که یک مایع خنک می شود، دمایی وجود دارد که در آن “یخ می زند” و تبدیل به یک جامد کریستالی می شود (مثلاً آب در دمای 0 درجه به یخ تبدیل می شود). بیشتر مواد معدنی جامد کریستالی هستند و از میلیون‌ها کریستال تشکیل شده‌اند که هر کدام دارای ساختار اتمی هستند که بسیار منظم هستند و واحدهای اتمی در سرتاسر آن‌ها پخش می‌شوند.
شکل این واحدها را می توان به شکل تک بلورها (به عنوان مثال کریستال های کوارتز شش ضلعی) مشاهده کرد.

شیشه متفاوت است:

کریستالی نیست بلکه از شبکه ای پیوسته از اتم ها تشکیل شده است که مرتب نیستند اما نامنظم و مایع هستند. این تفاوت در ساختار اتمی به این دلیل رخ می دهد که شیشه مایع آنقدر سریع سرد می شود که اتم ها فرصتی برای مرتب کردن خود در قالب های منظم و کریستالی ندارند. اگر به اندازه کافی سریع سرد شود، تقریباً هر مایعی می تواند شیشه را تشکیل دهد، حتی آب. با این حال، سرعت خنک شدن باید بسیار سریع باشد.
خوشبختانه برای ما، مایعاتی که عمدتاً از اکسید سیلیکون تشکیل شده اند، می توانند به آرامی خنک شوند و همچنان یک شیشه را تشکیل دهند. آنها در طول سرد شدن به تدریج سفت تر می شوند تا زمانی که به “دمای انتقال شیشه ای” برسند که در زیر آن عملاً جامد هستند.

این ماده سیلیکات شفاف همان چیزی است که ما به عنوان شیشه می شناسیم.

ساختار مایع مانند شیشه یکی از دلایل اصلی شفاف بودن آن است. با این حال، شفاف بودن لزوماً به این معنا نیست که تمام نور از آن عبور می کند. به عنوان مثال، برخی از شیشه های ابسیدین به قدری تیره رنگ هستند که به طور موثر سیاه و مات هستند. به این دلیل که الکترون های برخی عناصر در ابسیدین به گونه ای قرار گرفته اند که انرژی آنها با انرژی نور مرئی برابر است. این بدان معنی است که آنها یا مقداری نور مرئی را جذب می کنند، رنگ می دهند، یا تمام نور مرئی را جذب می کنند و باعث مات شدن مواد می شود. شیشه شفاف حاوی عناصری نیست که نور مرئی را جذب کند، بنابراین بی رنگ و شفاف است. با این حال، نور ماوراء بنفش را جذب می کند، بنابراین از آفتاب سوختگی از طریق شیشه ماشین شما جلوگیری می کند.

شیشه های رنگی استین گلس

این توانایی عناصر خاص برای جذب نور و دادن رنگ در پنجره های شیشه ای رنگی به کار می رود. به عنوان مثال، افزودن اکسید کبالت به شیشه در حین ذوب آن را آبی می کند زیرا کبالت طول موج های انتهای قرمز طیف را جذب می کند اما آبی را جذب نمی کند.

این رنگ‌ها در قدیم‌ها از طریق آزمون و خطا کشف می‌شدند، مواد معدنی مختلفی را به دیگ ذوب اضافه می‌کردند و برای دوره‌های زمانی مختلف ذوب می‌شدند و مجموعه‌ای باورنکردنی از رنگ‌ها را به وجود می‌آوردند. مواد معدنی حاوی مس می توانند شیشه قرمز یا آبی آسمانی، صورتی یا بنفش منگنزی تولید کنند و رنگ های سبز مختلف یا شیشه های زرد روشن را آهن کنند. این رنگ‌ها توسط شیشه‌سازان باستانی بسیار مورد استفاده قرار می‌گرفتند، حتی اگر هیچ تصوری از علت آن نداشتند. مواد معدنی اغلب به صورت ناخالصی در ماسه به شیشه راه پیدا می‌کنند و رنگ‌های ضعیفی مانند سبز (آهن) و بنفش (منگنز) می‌دهند که اغلب در شیشه‌های کلیسای جامع «شفاف» دیده می‌شود.

اصطلاح «شیشه رنگی» سه فرآیند مختلف را شامل می‌شود: رنگ‌آمیزی، رنگ‌آمیزی و رنگ‌آمیزی که هر کدام پیچیده هستند و به مهارت‌های زیادی نیاز دارند. شیشه‌کارهایی که این پنجره‌ها را می‌ساختند، خودشان شیشه نمی‌ساختند، این کار شیشه‌سازان بود. این کار داغ و خطرناکی بود که به مهارت و دانش زیادی نیاز داشت. شیشه سازان دستور پخت شیشه و شرایط کوره مورد نیاز برای ساخت رنگ های بی شمار را می دانستند و به شدت از آنها محافظت می کردند. آنها مواد خام را در ظروف سفالی که با آتش هیزم گرم می شود مخلوط می کردند و سپس مایع چسبناک حاصل را با وسایل فلزی و چوبی دستکاری می کردند.

شیشه‌سازی فرآیندی دشوار و غیرقابل پیش‌بینی بود:

فقط به نسبت مناسب مواد و شرایط کنترل‌شده کوره نیاز داشت. هر گونه تغییر کوچک می تواند منجر به نقص هایی مانند رنگ ناهموار، رنگ های عجیب و غریب، حباب ها یا ناخالصی های جاسازی شده شود.

شیشه‌سازان ورق‌هایی از شیشه‌ های رنگی را به شیشه‌خانه‌ها می‌دادند تا پنجره‌هایشان را بسازند. فرآیند ساخت یک پنجره شیشه ای رنگی با طرح هنرمند شروع می شود که در قرون وسطی به عنوان vidimus (به لاتین “ما دیده ایم”) شناخته می شود. سپس ویدیموس در مقیاس کامل (معروف به کارتون) روی میز سفید شده کشیده شد. سپس شیشه‌ های رنگی به اشکال مختلف بریده می شوند، روی کارتون قرار می گیرند و با نوارهای سرب به هم متصل می شوند.

تصور می شود استفاده از سرب در قرون وسطی پدیدار شد. این ماده ایده‌آل برای اتصال قطعات شیشه‌ای بود، زیرا انعطاف‌پذیر و در عین حال به اندازه کافی قوی و بادوام است تا از موزاییک شیشه‌ای عالی در برابر تغییرات جوی و دما پشتیبانی کند. پانل ها با مالیدن مخلوطی بتونه مانند از آهک، سرب و روغن بذر کتان در مفاصل ضد آب می شوند. سپس پانل ها را می توان در فضای پنجره نصب کرد.

الگوهای پیچیده ای از عینک های رنگی مختلف را می توان با جلوه ای خیره کننده تولید کرد. با این حال، اگر قرار بود داستان گفته شود، نیاز به تصاویر انسانی بود، از جمله جزئیاتی مانند دست‌ها، صورت‌ها و چین‌های پارچه. اینها با استفاده از رنگدانه مینای سیاه بر پایه مس یا اکسید آهن به سطح ورق های شیشه ای رنگی اضافه شدند. این مخلوط با ضخامت ها و بافت های مختلف روی شیشه رنگ آمیزی شد تا جلوه های سایه متفاوتی را ایجاد کند و امکان کنترل نور و ارائه جزئیات هنری را فراهم کند. پس از رنگ آمیزی، قطعات را شلیک می کردند تا رنگ به سطح شیشه ذوب شود.

از قرن سیزدهم، رنگدانه دوم به شکل یک “لکه” از کلرید نقره یا سولفید بر روی شیشه نقاشی شد. به طور سنتی، این تنها “لکه” واقعی در شیشه‌ های رنگی بود. پس از رنگ آمیزی لکه بر روی شیشه، آن را در یک کوره تحت عملیات حرارتی قرار دادند. در طول درمان، یون‌های نقره به شیشه مهاجرت کردند و در داخل شبکه شیشه‌ای معلق شدند، به جای اینکه مانند رنگ‌های شیشه و لعاب روی سطح بنشینند.