تلوين الزجاج ووضع العلامات اللونية

يعود ظهور الألوان المختلفة في الزجاج إلى حد كبير إلى كيفية تفاعل الضوء مع المواد التي يحتويها. في الزجاج النقي للغاية، الخالي من الشوائب كالفقاعات وأيونات التلوين والأطوار البلورية والنانوية، يمر الضوء المرئي بالكامل، ويبدو الزجاج شفافًا تمامًا . أما عند وجود هذه الشوائب، فإنها تمتص أطوالًا موجية معينة من الضوء بشكل انتقائي، مما ينتج عنه زجاج ملون. ^{[ 1 ]}

يمكن الحصول على تلوين الزجاج ووضع العلامات اللونية بعدة طرق.

1. عن طريق إضافة أيونات التلوين ، ^{[ 2 ] [ 3 ]}
2. عن طريق ترسيب الغرويات النانوية (ما يسمى بالزجاج المذهل ^{[ 2 ]} مثل "الياقوت الذهبي" ^{[ 4 ]} أو "الياقوت السيلينيوم الأحمر")، ^{[ 3 ]}

   

3. بواسطة شوائب ملونة (كما هو الحال في الزجاج الحليبي والزجاج المدخن )
4. عن طريق تشتت الضوء (كما هو الحال في الزجاج المنفصل الطور ) ^{[ 3 ]}
5. بواسطة الطلاءات ثنائية اللون (انظر الزجاج ثنائي اللون )، أو
6. بواسطة طبقات ملونة

يبدو زجاج الصودا والجير العادي عديم اللون للعين المجردة عندما يكون رقيقًا، على الرغم من أن شوائب أكسيد الحديد تُضفي عليه مسحة خضراء يمكن رؤيتها في القطع السميكة أو باستخدام أدوات علمية. ويمكن إضافة معادن وأكاسيد معدنية أخرى إلى الزجاج أثناء تصنيعه لتغيير لونه، مما يُحسّن من جاذبيته الجمالية. وفيما يلي أمثلة على هذه الإضافات:

• يمكن إضافة أكسيد الحديد الثنائي إلى الزجاج، مما ينتج عنه زجاج أزرق مخضر يُستخدم بكثرة في زجاجات البيرة. وعند إضافته إلى الكروم، يُعطي لونًا أخضر أكثر ثراءً، ويُستخدم في زجاجات النبيذ .
• يُستخدم الكبريت ، مع الكربون وأملاح الحديد، لتكوين متعددات كبريتيد الحديد وإنتاج زجاج كهرماني يتراوح لونه من الأصفر إلى الأسود تقريبًا. في زجاج البوروسيليكات الغني بالبورون، يُضفي الكبريت لونًا أزرق. ومع الكالسيوم، يُعطي لونًا أصفر داكنًا. ^{[ 5 ]}
• يمكن إضافة المنغنيز بكميات قليلة لإزالة اللون الأخضر الناتج عن الحديد، أو بتركيزات أعلى لإضفاء لون الجمشت على الزجاج . يُعدّ المنغنيز من أقدم إضافات الزجاج، وقد استُخدم زجاج المنغنيز الأرجواني منذ فجر التاريخ المصري.
• يُستخدم ثاني أكسيد المنغنيز ، وهو أسود اللون ، لإزالة اللون الأخضر من الزجاج؛ وفي عملية بطيئة للغاية، يتحول إلى برمنجنات الصوديوم ، وهو مركب أرجواني داكن . في نيو إنجلاند، تحتوي بعض المنازل التي بُنيت منذ أكثر من 300 عام على زجاج نوافذ مُلوّن بلون بنفسجي خفيف نتيجةً لهذا التغير الكيميائي، وتُعتبر هذه الألواح الزجاجية تحفًا قيّمة. غالبًا ما يُخلط بين هذه العملية وتكوين "زجاج الجمشت الصحراوي"، حيث يكتسب الزجاج المُعرّض لأشعة الشمس الصحراوية ذات المحتوى العالي من الأشعة فوق البنفسجية لونًا بنفسجيًا رقيقًا. تختلف تفاصيل العملية وتركيب الزجاج، وكذلك النتائج، لأنه ليس من السهل الحصول على عينات مضبوطة بدقة أو إنتاجها. ^{[ 6 ]}
• تُنتج تراكيز منخفضة من الكوبالت (من 0.025 إلى 0.1%) زجاجًا أزرق اللون . وتُحقق أفضل النتائج عند استخدام زجاج يحتوي على البوتاس . ويمكن استخدام كميات ضئيلة جدًا منه لإزالة اللون.
• ينتج عن 2 إلى 3% من أكسيد النحاس لون فيروزي .
• يُنتج النيكل ، بحسب تركيزه، زجاجًا أزرق أو بنفسجيًا أو حتى أسود . ويكتسب زجاج الرصاص المضاف إليه النيكل لونًا أرجوانيًا. وقد استُخدم النيكل مع كمية قليلة من الكوبالت لإزالة لون زجاج الرصاص .
• الكروم عامل تلوين قوي للغاية، يُنتج اللون الأخضر الداكن ^{[ 7 ]} أو حتى الأسود بتركيزات أعلى. وعند مزجه مع أكسيد القصدير والزرنيخ، يُنتج زجاجًا أخضر زمرديًا . أما أفينتورين الكروم، الذي تُحقق فيه ظاهرة الأفينتورين بنمو صفائح كبيرة متوازية من أكسيد الكروم (III) أثناء التبريد، فيُصنع من الزجاج مع إضافة أكسيد الكروم بكمية تتجاوز حد ذوبانه في الزجاج.
• يتحد الكادميوم مع الكبريت لتكوين كبريتيد الكادميوم ، مما ينتج عنه لون أصفر داكن، يُستخدم غالبًا في الطلاءات الزجاجية. مع ذلك، يُعد الكادميوم سامًا. ويتحد مع السيلينيوم والكبريت ليعطي درجات من الأحمر والبرتقالي الفاتح. ^{[ 8 ]}
• تؤدي إضافة التيتانيوم إلى إنتاج زجاج أصفر مائل للبني . ونادراً ما يُستخدم التيتانيوم بمفرده، بل يُستخدم في الغالب لتعزيز وتفتيح ألوان المواد المضافة الأخرى.
• يمكن إضافة اليورانيوم (بنسبة تتراوح بين 0.1 و2%) لإضفاء لون أصفر أو أخضر فلوري على الزجاج . ^{[ 9 ]} عادةً ما يكون زجاج اليورانيوم غير مشع بدرجة كافية ليشكل خطراً، ولكن إذا طُحن إلى مسحوق، كما في حالة الصقل بورق الصنفرة، واستُنشِق، فقد يكون مسرطناً . عند استخدامه مع زجاج الرصاص بنسبة عالية جداً من الرصاص، ينتج لوناً أحمر داكناً.
• يُعطي الديديميوم لونًا أخضر (يُستخدم في مرشحات الأشعة فوق البنفسجية) أو لونًا أحمر أرجواني. ^{[ 8 ]}

• يُستخدم السيلينيوم ، مثل المنغنيز، بتراكيز منخفضة لإزالة لون الزجاج، أو بتراكيز أعلى لإضفاء لون محمرّ ، نتيجةً لتشتت جزيئات السيلينيوم النانوية في الزجاج. وهو عامل بالغ الأهمية في صناعة الزجاج الوردي والأحمر. وعند استخدامه مع كبريتيد الكادميوم ، ^{[ 10 ]} ينتج لونًا أحمرًا زاهيًا يُعرف باسم "ياقوت السيلينيوم".
• ينتج النحاس المعدني النقي زجاجًا أحمر داكنًا جدًا ومعتمًا، والذي يستخدم أحيانًا كبديل للذهب في إنتاج الزجاج ذي اللون الياقوتي .
• يُنتج الذهب المعدني ، بتراكيز ضئيلة جدًا (حوالي 0.001%، أو 10 جزء في المليون)، زجاجًا بلون الياقوت الأحمر الغني ("الذهب الياقوتي" أو "روبينو أورو")، بينما تُنتج التراكيز الأقل لونًا أحمر أقل كثافة، يُسوّق غالبًا باسم " التوت البري ". وينتج اللون عن حجم جزيئات الذهب وتوزيعها. وعادةً ما يُصنع زجاج الذهب الياقوتي من زجاج الرصاص مع إضافة القصدير .
• تُنتج مركبات الفضة، مثل نترات الفضة وهاليدات الفضة، طيفًا واسعًا من الألوان، بدءًا من البرتقالي المحمر وصولًا إلى الأصفر. وتؤثر طريقة تسخين الزجاج وتبريده تأثيرًا كبيرًا على الألوان التي تُنتجها هذه المركبات. كما أن العدسات الفوتوكرومية والزجاج الحساس للضوء يعتمدان على الفضة.
• أرجواني كاسيوس هو صبغة أرجوانية تتكون من تفاعل أملاح الذهب مع كلوريد القصدير (II).

تتمثل الطرق الرئيسية في هذا المجال في الزجاج المطلي بالمينا ، وهي تقنية تُستخدم أساسًا لرسم الأنماط أو الصور، وتُستخدم للأواني الزجاجية والزجاج الملون، بالإضافة إلى طلاء الزجاج، وعادةً ما يكون باللون الأسود، وصبغة الفضة التي تُضفي درجات اللون الأصفر إلى البرتقالي على الزجاج الملون. تُخبز جميع هذه المواد في فرن لتثبيتها، ويمكن أن تكون شديدة المتانة عند تطبيقها بشكل صحيح. لا ينطبق هذا على الزجاج "المطلي على البارد"، باستخدام الطلاء الزيتي أو مخاليط أخرى، والذي نادرًا ما يدوم لأكثر من بضعة قرون.

ينتج عن تفاعل أكسيد القصدير مع أكسيدي الأنتيمون والزرنيخ زجاج أبيض معتم ( الزجاج الحليبي )، وقد استُخدم لأول مرة في البندقية لإنتاج خزف مقلد ، وغالبًا ما كان يُطلى بالمينا . وبالمثل، قد يعتمد بعض الزجاج المدخن على شوائب داكنة اللون، ولكن من الممكن أيضًا إنتاج ألوان داكنة باستخدام التلوين الأيوني (انظر أعلاه).

يُظهر الزجاج الذي يحتوي على طورين أو أكثر بمعاملات انكسار مختلفة تلوينًا بناءً على تأثير تيندال ، والذي تُفسّره نظرية مي ، إذا كانت أبعاد الأطوار متقاربة أو أكبر من الطول الموجي للضوء المرئي . الضوء المتشتت أزرق وبنفسجي كما هو موضح في الصورة، بينما الضوء النافذ أصفر وأحمر.

يحتوي الزجاج ثنائي اللون على طبقة واحدة أو عدة طبقات في نطاق النانومتر (مثل المعادن أو أكاسيد المعادن أو النتريدات) التي تمنحه خصائص بصرية ثنائية اللون . كما أن اللون الأزرق الذي يظهر في بعض زجاج السيارات الأمامي ناتج عن هذه الظاهرة.

• نظرية المجال البلوري - التفسير الفيزيائي للتلوين
• لون الزجاج الملون في العصور الوسطى
• التعتيم بالهيدروجين
• امتصاص أيون الهيدروكسيل
• مواد شفافة