Anwendungen der Lanthanoide: Glasherstellung

Ein wichtiges Anwendungsgebiet der Lanthanoide liegt in der Glasindustrie, wo sie als Zusatzstoffe die optischen Eigenschaften der Produkte deutlich beeinflussen.

Glasentfärbung
Das Cer(IV)-oxid spielt eine wichtige Rolle bei der Entfärbung von Glas:

Der vorherrschende, aus billigen Rohstoffen hergestellte Glastyp ist das Natronkalkglas (Na₂O * CaO * 6 SiO₂), dessen Farbe bzw. Farblosigkeit von der Reinheit der Ausgangsstoffe abhängig ist.
Die häufigste Verunreinigung, hauptsächlich im Quarzsand vorkommend, ist Eisen, welches in Glas ein relativ starker Farbstoff ist und dessen Anwesenheit ab 0.01 % mit bloßem Auge erkennbar ist.
Dieser im Allgemeinen unerwünschte Beitrag zur Farbe des Glases beruht auf der Spektralabsorption der Eisen(II)- und Eisen(III)-Ionen, wobei die Fe²⁺-Ionen eine blau-grünliche Verfärbung verursachen, die bei gleicher Konzentration über zehnmal so stark wie die gelb-braune Verfärbung durch das Fe³⁺-Ion ist.

Die Zugabe von Cer(IV)-oxid als Oxidationsmittel zur Glasschmelze ermöglicht die Oxidation der Fe²⁺-Ionen zu Fe³⁺-Ionen und vermindert somit den Grad der Verfärbung des Glases ohne den Gesamtgehalt an Eisen zu verändern.
Da die Ce³⁺-Ionen keine Wellenlängen des sichtbaren Spektralbereichs absorbieren und die orange-gelbe Farbe der Ce⁴⁺-Ionen relativ schwach ist, werden somit auch kaum weitere Verfärbungen verursacht.
Zur Kompensation der durch die Eisen(III)- und Cer(IV)-Ionen verursachten leicht gelben Farbe des Glases wird ein Farbstoff hinzugegeben; bis 1940 wurde Neodymoxid (Nd₂O₃) verwendet, heute benutzt man Kobaltoxid.

Glasfärbung
Auch die Absorptionseigenschaften der Lanthanoide sind für die Herstellung besonderer Glasarten interessant:

Neodym und Praseodym werden zum Färben von Gläsern (und auch Keramiken) verwendet und erzeugen einen violetten bzw. gelb-grünen Farbton.
Das in Sonnenschutz- und Schweißerbrillen verwendete "Neophanglas" filtert aufgrund der Absorption des Neodyms die gelben Farbtöne des sichtbaren Lichtbereiches heraus und sorgt somit für einen schärferen Kontrast der blauen und roten Farbtöne.

Die Absorptionseigenschaften des Cers, welches im UV-Bereich, jedoch nicht im sichtbaren Bereich absorbiert, ermöglichen die Herstellung von farblosen Gläsern, die Schutz vor dem (bisweilen schädlichen) UV-Strahlung bieten.
Diese Gläser werden z. B. als Verpackung von (UV-Strahlung-empfindlichen) Lebensmitteln eingesetzt.

Spezialgläser
Durch Zugabe hochreiner Lanthanverbindungen zur Glasschmelze erzeugt man Gläser mit hohem Brechungsindex und geringer Dispersion, die zur Produktion von Linsen für optische Geräte wie z. B. Kameras genutzt werden.

Glasbearbeitung
Bei der Glasherstellung sind kleine Unebenheiten der Oberfläche, die die Lichtbrechung verändern, häufig nicht zu vermeiden.
Zur Beseitigung dieser Unebenheiten wird häufig Ceroxid CeO₂ als Schleifmittel eingesetzt.
Hierbei verwendet man feingemahlenes Ceroxid mit einer Körnung von 0.5 - 5 Mikrometer, welches in Wasser aufgeschlämmt wird.

Der genaue Mechanismus des Politurprozesses ist noch nicht vollständig aufgeklärt, doch die meisten Theorien gehen davon aus, dass sowohl eine chemische Komponente (eine Reaktion zwischen Glasoberfläche und Wasser) als auch eine physikalische Komponente (der mechanische Abrieb) am Schleifprozess beteiligt sind.