Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - H. 37. 14 oktober 1950 - Solarisation i glas, av Gunnar Günther
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
lft- oktober 1950
925
Solarisation, i glas
Fil. lic. Gunnar Günther, Stockholm
666.1.031.14 : 535.683
När ett glas bestrålas med exempelvis UV-ljus, solljus,
röntgen- eller katodstrålar, händer det oftast, att en del av
strålningen absorberas av glaset. Enligt Grotthus-Drapers
lag är det endast den absorberade strålningsenergin, som
kan framkalla förändringar i glasets fysikalisk-kemiska
tillstånd, den icke absarberade delen passerar däremot
glaset utan att förändra det. Den upptagna energin kan sedan
omvandlas på olika sätt, vanligen till värme. Det är lätt
att konstatera, hur exempelvis ett färgat och därigenom
mera absorberande glas i solljus blir varmare än ett
ofärgat och genomskinligt. Energin kan också hos många
glas framkalla luminiscens, om de innehåller joner eller
molekyler, som i energihänseende är isolerade och på så
sätt mindre lätt träder i växelverkan med sin omgivning.
Sådana molekyler är t.ex. av organisk natur, jonerna kan
vara av sällsynta jordarter eller utgörs av Mn2+, Cu+,
T1+, V5+, Pb2+ och U022+ m.fl.
En tredje möjlighet är, att den absorberade strålningen
utnyttjas för fotokemiska reaktioner, vilka i sin tur mera
bestående ändrar den kemiska konstitutionen och
ljus-absorptionen för glaset ifråga. Till denna sistnämnda
kategori hör solariseringen av glas, som alltefter dettas
sammansättning och behandling kan vara mer eller mindre
utpräglad. Den yttrar sig i en färgändring eller
missfärgning av glasen eller också som en minskning av dessas
transmission för UV-strålning och kännetecknas av
rever-sibilitet vid glasens efterbehandling på skilda sätt. Trots
den yttre olikheten mellan luminescens och solarisation
finns, som framgår längre fram, många intressanta
beröringspunkter, vilket understundom t.o.m. kan försvåra
en noggrann gränsdragning mellan de båda företeelserna.
Solarisationen i glas har varit känd rätt länge, bl.a. har
den beskrivits av Faraday på 1820-talet.
Uppmärksammandet av företeelsen har dock växlat alltefter den tekniska
betydelsen. I samband med fotografins utveckling vid
1800-talets mitt blev glasens genomsläpplighet för aktinisk
strålning av stor vikt, särskilt så länge de fotografiska
materialen krävde längre exponeringstider på grund av sin
relativt blygsamma ljuskänslighet. Upptäckten av solljusets
och det artificiella ultravioletta ljusets gynnsamma
biologiska verkningar och utvecklingsarbetet i samband med
lampkonstruktioner för UV-ljus aktualiserade ånyo
problemställningen för några decennier sedan. Häri har sedan
inte skett någon ändring, ty belysningstekniken är nu
inriktad på lampor, i vilka ljusalstringen sker genom
omvandling av kortvågigt UV-ljus till synligt ljus med hjälp
av lysämnen, och de höjda fordringarna på fönster- och
prydnadsglas samt optiskt glas är en annan av orsakerna
härtill.
Den franske vetenskapsmannen Pelouze uttryckte redan
år 1867 den förmodan, att egentligen alla glas är
underkastade en solarisationsprocess vid solbestrålning. Den
färgskiftning mot rött, som han observerade hos olika
manganhaltiga glas efter solljusbestrålning, tolkade han
som en oxidation av lägre manganoxider genom
förmedling av närvarande högre järnoxider, som därvid
reducerades. Om man skriver denna reaktion i jonform enligt
modern uppfattning, erhåller man slutformeln
Fe3+ + Mn2+ ,= Mn3+ + Fe2+
Den trevärdiga manganjonen ger upphov till den röda
färgnyansen. Solarisationen kan uppfattas som en
elektronöverföring. Mn2+-jonen avspjälkar under UV-absorptionen
en elektron och övergår till Mn3+; den exciterade och
frigjorda elektronen kan återigen infångas av en annan
jon, som lätt ändrar valensvärde, exempelvis Fe3+. Kort
sagt, Mn2+ tjänar som elektrondonator, Fe3+ som
accep-tor för elektronen. Man kan säga, att uppkomsten av
solarisation i glas praktiskt taget alltid förutsätter en
växelverkan av denna typ.
Hos vissa glas, som vid solarisationen fick gul skiftning,
kunde Pelouze härleda färgändringen från den fotokemiska
reaktionen mellan FeO och i glaset förefintligt Na^O^, som
resulterar i bildning av Fe208 och NasS. Fe203 eller bättre
uttryckt Fe3+ är ansvarig för gulfärgningen. Hos de
belysta och solariserade glasen kunde han också analytiskt
påvisa spår av sulfider, däremot icke i de motsvarande
obelysta.
Man känner ett rätt stort antal solarisationsreaktioner
för olika glas. Förutom tidigare nämnda må följande tjäna
som typexempel:
2 Mn2+ + As5+ ,= 2 Mn3+ + As3+ (1)
2 Fe2+ + Sb5+ i= 2 Fe3+ -+- Sb3+ (2)
2 Cu2+ + As3+ i= 2 Cu+ + As5+ (3)
2 Ce3+ + As5+ i= 2 Ce4+ + As3+ (4)
Ce3-|- + v3+ ,= Ce4+ + V2 + (5)
5 As3+ = 3 As5+ + 2 As (6)
Reaktionen (1) åskådliggör en solarisation med en
rosa-färgning som resultat, och (2) visar solarisering med
gulfärgning och nedsatt UV-genomsläpplighet. Fe3+
absorberar flera tiopotenser kraftigare än Fe2+ i vissa delar av
UV. Formel (3) är ett exempel på färgförsvagning genom
solarisation. Med övergången Cu2+ —► Cu+ försvinner den
blågröna färgtonen alltmer. Reaktionerna (4) och (5)
exemplifierar solarisation i närvaro av cerium. I förra
fallet erhålles en brunfärgning, i det senare en växling
från ljust grönt till purpur på grund av V-jonens
valensväxling. Den sistnämnda reaktionen är mycket känslig och
har använts för mätning av UV-strålning vid
klimatologiska undersökningar. I fallet (6) visas till sist, huru ett
glas, som innehåller större mängder arsenik, kan
solari-seras genom växelverkan mellan olika arsenikjoner. Genom
att de neutrala arsenikatomerna sedan sluter sig samman
till större partiklar kan stark missfärgning bli följden.
Hittills har det alltid förutsatts, att de avspjälkade
elektronerna infångats av joner såsom As5+, Sb5+, Fe3+,
V3+ osv., men det finns även andra möjligheter. I
glasstrukturen förekommer metastabila magasineringsnivåer,
elektronfällor, som beror av deformationer och
felaktigheter i glasets nätverk. I dessa nivåer kan också i
synnerhet vid låg temperatur en del elektroner lagras upp.
Strukturstörningarna inverkar dessutom på den interna
jonisatio-nen och elektronrörligheten i dessas närmaste omgivning,
vilket kan antas resultera i varierande absorptionsförmåga
även för joner av samma grundämne. Det blir därför
möjligt, att i ett järn- och manganhaltigt glas också en del
Fe3+-joner kan verka som elektrondonatorer enligt formeln
Fe2+ + hv Fe3+ + e*
där hv är ett absorberat ljuskvantum, e* en exciterad
elektron. På detta sätt går det att förklara, hur
UV-genom-släppligheten för ett dylikt glas kan minska samtidigt med
rosafärgens uppkomst vid bestrålningen. De i
magasineringsnivåerna upplagrade elektronerna utgör en förenande
länk mellan solarisations- och luminescensförloppen.
Redan Pelouze hade upptäckt att solarisationen kunde
trängas tillbaka genom upphettning av de solariserade
glasen till temperaturer något under mjukningstemperaturen.
De omnämnda reaktionerna är därvid omvändbara. Vid
dylik upphettning utbildas ofta en termoluminescens, när
de exciterade elektronerna återvänder till
ursprungsjonerna. (Jfr framkallningsprocessen för fotografiska glas,
Tekn. T. 1950 s. 224.) Termoluminescensen förorsakas av
de mera löst kvarhållna elektronerna i elektronfällorna
och utvecklas redan vid måttlig temperaturhöjning. De fria
elektroner, som infångats av de i solarisationsförloppet
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
