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.