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Glas

Glas

Unter Glas (von germanisch glasa „das Glänzende, Schimmernde“, auch für „Bernstein“) versteht man eine Schmelze, die ohne Kristallisation erstarrt ist, also einen amorphen Feststoff. Materialien, die man im Alltagsleben als Glas bezeichnet (zum Beispiel Trink- und Fenstergläser, Fernsehscheiben und Glühlampen) sind nur ein Ausschnitt aus der Vielfalt der Gläser.

Eigenschaften

Glas ist eine ohne wesentliche Kristallbildung erstarrte Schmelze und damit eine amorphe Substanz. Thermodynamisch wird Glas als gefrorene, unterkühlte Flüssigkeit bezeichnet. Diese Definition gilt für alle Substanzen, die geschmolzen und entsprechend schnell abgekühlt werden. Das bedeutet, dass sich bei der Erstarrung der Schmelze zum Glas zwar Kristallkeime bilden, für den Kristallisationsprozess jedoch nicht genügend Zeit verbleibt. Das erstarrende Glas ist schnell zu fest, um noch eine Kristallbildung zu erlauben. Die Transformationstemperatur, also jener Übergangsbereich zwischen Schmelze und Feststoff, liegt bei vielen Glasarten um 600° C. Trotz des nicht definierten Schmelzpunkts ist Glas ein Festkörper. Auch wenn es sich unter langzeitiger Krafteinwirkung verformte, dürfte man es nicht als flüssig bezeichnen. Die langsame Verformung unter einer konstanten Kraft tritt auch in kristallinen Festkörpern auf und wird als Kriechen bezeichnet. Berichte von fließenden Kirchenfenstern lassen sich nicht bestätigen und die Idee des flüssigen Glases scheint auf eine Falschübersetzung zurückzugehen. [http://tafkac.org/science/glass.flow/origins_of_claim.html (en)] Kriechen] Kriechen] Kohlenwasserstoffverbindungen wie Plexiglas sind kein Glas, sondern ein Kunststoff. Kunststoffe besitzen organische Verbindungen, selbst Silikone sind mit organischen Resten abgesättigt und als mehr oder weniger ausdifferenzierte Ketten strukturiert. Die im allgemeinen Sprachgebrauch bedeutungstragende Eigenschaft von Glas ist die Durchsichtigkeit. Die optischen Eigenschaften sind so vielfältig wie die Anzahl der Gläser. Neben klaren Gläsern, die in einem breiten Band für Licht durchlässig sind, kann man durch Zugabe von speziellen Materialien zur Schmelze die Durchlässigkeit blockieren. Zum Beispiel kann man optisch klare Gläser für Infrarotes Licht undurchdringbar machen, die Wärmestrahlung ist blockiert. Die bekannteste Steuerung der Durchlässigkeit ist die Färbung. Es können die verschiedensten Farben erzielt werden. Andererseits gibt es undurchsichtiges Glas, das schon aufgrund seiner Hauptkomponenten oder der Zugabe von Trübungsmitteln opak ist. Gebrauchsglas hat eine Dichte von ca. 2,5 g/cm³. Die mechanischen Eigenschaften variieren sehr stark. Die Zerbrechlichkeit von Glas ist sprichwörtlich. Die Bruchfestigkeit wird stark von der Abkühlgeschwindigkeit bestimmt. Glas ist weitgehend resistent gegen Chemikalien. Eine Ausnahme ist Flusssäure, sie löst das Siliziumdioxid und wandelt es zu Hexafluorokieselsäure. Im Allgemeinen hat Glas einen hohen elektrischen Widerstand.

Zusammensetzung

Glas kann viele Komponente haben. Diese werden nach ihrer Funktion in Netzwerkbildner, Netzwerkwandler und Zwischenoxyde (auch Stabilisatoren genannt) unterschieden. Netzwerkbildner bilden das (unregelmäßige) Grundgerüst, zu Ihnen zählen zum Beispiel SiO₂, B₂O₃, P₂O₅ sowie als nichtoxydische Verbindungen As₂S₃und BeF₂. Netzwerkwandler werden in das vom Netzwerkbildner gebildete Gerüst eingebaut. Hierzu gehören die Oxide der Alkalien wie Na₂O und K₂O. Zwischenoxyide wie Al₂O₃, MgO, PbO etc. können als Netzwerkbildner und -wandler fungieren. Allerdings sind sie nicht alleine zur Glasbildung fähig.

Einstellung der Glaseigenschaften

weitere Zuschlagstoffe sind u.a.:
- andere Flussmittel zur Verminderung des Schmelzpunkts
  - Zinkoxid
  - Thallium
- zur Veränderung des Brechungsindex
  - Bariumoxid
  - Blei (absorbiert auch Strahlung)
- Cer wird für Glas verwendet, das Infrarotstrahlung absorbiert.
- Boroxid verändert als Zusatz die thermischen und elektrischen Eigenschaften.
- Aluminiumoxid erhöht die Bruchfestigkeit
- Trübungsmittel
  - Zinndioxid
  - Calciumphosphat
  - Fluorid für Opalglas
  - Zirkonoxid Nachstehend eine Tabelle mit den ungefähren Zusammensetzungen verschiedener Gläser. Die Prozentangaben sind in Gewichtsprozent.

Glasfärbung und Entfärbung

Die meisten Glassorten werden mit weiteren Zusatzstoffen produziert, um bestimmte Eigenschaften, wie ihre Färbung zu beeinflussen. Für die Glasfärbung, beziehungsweise für die Entfärbung von Gläsern, die durch Verunreinigungen ihrer Rohstoffe verursacht sind, werden vor allem Metalloxide verwendet. Grundsätzlich verwendet man zur Beseitigung von Farbstichen die komplementäre Farbe. Entfärbemittel werden Glasmacherseifen genannt. Glasmacherseifen
- Eisenoxide: Färben je nach Wertigkeit des Eisenions grün-blaugrün oder gelb und in Verbindung mit Braunstein gelb sowie braun-schwarz.
- Kupferoxide: zweiwertiges Kupfer färbt blau, einwertiges färbt rot, daraus ergibt sich das so genannte Kupferrubinglas.
- Chromoxid: Wird in Verbindung mit Eisenoxid oder allein für die Grünfärbung verwendet. Chromoxid
- Uranoxid: Ergibt eine sehr feine Gelb- oder Grünfärbung (so genanntes "Annagelb" oder "Annagrün"-Glas) mit grüner Fluoreszenz unter dem UV-Licht. Solche Gläser wurden vor allem in der Zeit des Jugendstils hergestellt. In England und Amerika ist diese Glassorte auch als "uranium glass" oder "vaseline glass" bekannt.
- Kobaltoxid: färbt intensiv blau und wird auch für die Entfärbung verwendet.
- Nickeloxid: violett, rötlich auch für die Graufärbung und zur Entfärbung
- Manganoxid (Braunstein) als Glasmacherseife zur Entfernung des Grünstichs
- Selenoxid: färbt rosa und rot, die rosa Färbung wird als "Rosalin" bezeichnet, während die rote als Selenrubin bezeichnet wird.
- Silber: ergibt feines Silbergelb
- Gold: Wird erst in Königswasser aufgelöst und färbt rubinrot, eine der teuersten Glasfärbungen.

Einteilung der Gläser

Königswasser Nach Art der Genese: Neben künstlichen finden sich auch natürliche Gläser: Obsidian ist vulkanischen Ursprungs, Tektide entstehen durch Meteoriteneinschlag, Fulgurite entstehen bei Blitzeinschlag und Maskelynit, das in Meteroriten gefunden wird und extraterristischen Ursprungs ist. Diese Gläser entstehen aus dem schmelzen von Sanden oder durch Schockwellen. Ein Kristallgitter kann hierduch seine Struktur verlieren und ein amorpher Körper werden. Dies ist diaplektisches Glas. Nach Art des Chemismus: Neben Kalk-Natron-Glas, das dem gewöhnlichen Gebrauchsglas entspricht, gibt es Quarzglas aus reinem SiO₂, Bleiglas für z. B. feinen Kristallgläsern und Fernsehtrichter. Das Blei im Glas schirmt die elektromagnetische Strahlung ab. Wasserglas ist wasserlöslich. Borosilikatglas ist insbesondere chemisch resistent und wird bei Laborgeräten, Kochgeschirr aber auch optischen Gläser verwendet. Borphosphatglas (Bortrioxid, Phosphorpentoxid) und Alumosilikatgläser mit Al₂O₃ sind weitere Spezialgläser. Zu der Gruppe der nichtoxidischen Gläser gehören u. a. Fluoridgläser, z.B. ZrF₄ - BaF₂ - AlF₃ und Chalkogenidgläser mit z.B. AsTe₃ oder GeSe₂ in der Infrarotoptik. Als Sonderfall in dieser Einordnung muß man Glaskeramik begreifen. Es wird als Glas produziert, durch die Wärmenachbehandlung wird teilweise Rekristallisierung erzielt. So ist es strenggenommen kein Glas mehr, sondern ein Glas-Kritall Mischkörper. Glaskeramik besteht aus SiO₂, Al₂O₃ und Lithiumoxid. Nach der Grundform des Produkts und dem Produktionsverfahren: Die Glasindustrie wird gewöhnlich in Hohlglas-, Flachglas-, und Spezialglasherstellung gegliedert. Hohlglas bezeichnet Flaschen und Konservengläser. Diese Massenprodukte werden maschinell geblasen. Höherwertige Produkte werden gepreßt. Hierzu gehören Glasbausteine und Trinkgläser. Für Glühbirnen ist ein besonderes Produktionsverfahren notwendig, ebenso für Rohrglas. Flachglas wird je nach Produktionsverfahren Floatglas oder Walzglas genannt. Das Grundprodukt ist ein Glasscheibe. Endprodukte sind z. B. Automobilglas, Spiegel, Temperglas, Verbundglas. Faserglas umfaßt Glasfaserkabel, Glaswolle und findet auch Anwendung bei glasfaserverstärkter Kunststoffen. Optische Gläser sind Linsen für Mikroskope und Ferngläser. Mundgeblasene Gläser existieren praktisch nur noch im Kunstgewerbe, sowie bei kostspielien Vasen und Weingläser. Nach ihren hergebrachten Handelsnamen: Antikglas, Diatretglas, Flintglas (Bleiglas als optisches Glas), Hyalithglas (opakes Glas, im 19 Jh. benutzt für Tafel- und Pharmaglas), Kronglas (optisches Glas), Kryolithglas (opakes, weißes Fluoridglas) Nach ihren Markennamen als Gattungsbegriff: Ceran (Glaskeramik für z. B. Kochfelder), Jenaer Glas (hitztefestes Borosilikatglas) beide von Schott und Pyrex (Borosilikatglas) von Corning im angelsächsischem Sprachraum ein Synonym zu Jenaer Glas. siehe auch Liste_der_Gläser

Produktionsprozess

Gemenge

Liste_der_Gläser Für die Herstellung von Kalk-Natron-Glas, das ca. 90% der produzierten Glasmenge ausmacht, werden folgende Rohstoffe eingesetzt: Quarzsand als fast reiner SiO2-Träger zur Netzwerkbildung. Wichtig ist, daß der Sand einen geringen (<0.05%) Anteil an Fe2O3 besitzt, da sonst bei Weißglas störende Grünfärbungen auftreten. Quarzsand Soda, Dolomit, Feldspat, Kalk (noch auszuführen) Altglas oder Eigenscherben aus dem Produktionsbruch werden ebenfalls dem Gemenge wiederaufgegeben. Altglas aus dem Glasrecycling allerdings nur in der Behälterglasindustrie, wo ihr Anteil bis über 90% betragen kann. Neben eingespartem Rohstoff macht sich dies im geringeren Energieverbrauch bemerkbar, da Scherben leichter schmelzen als das Gemenge.

Schmelze

Das Gemenge wird einer Glasschmelzwanne aufgegeben. Bei Temperaturen von ca. 1480 °C schmilzt es allmählich und wird durch Bewegungen im Glasbad homogenisiert. Bei kontinuierlich arbeitenden Öfen, die im industriellen Maßstab ausschließlich Verwendung finden, fließt das Glas weiter von der Schmelzwanne (mit Schmelz und Läuterbereich) über den Durchfluss (Hohlglas) bzw. die Einschnürung (Flachglas) in die Arbeitswanne. Bei geringeren Temperaturen beruhigt sich die Schmelze und fließt weiter zum Punkt der Glasentnahme. Bei der Produktion von Hohlglas sind dies die Speiser oder Feeder. Hier werden Tropfen in darunter stehende Glasmaschinen geleitet. Bei Flachglas fließt das Glas über die Lippe in das Floatbad.

Formgebung

Je nach Produkt wird Glas unterschiedlich geformt. Dabei unterscheidet man vor allem Gläser, die gepresst, geblasen, gedüst, gesponnen oder gewalzt werden.
- Hohlglas wird in mehreren Verfahren durch Pressen, Blasen, Saugen und Kombinationen dieser Techniken hergestellt. Hier dominiert die IS-Maschine, die im Blas-Blas-Verfahren arbeitet. Für höherwertige Tafelware kommen Press-Blas-Verfahren zum Einsatz, die Karusellförmig arbeiten.
- Glasfasern werden durch Spinnen im so genannten TEL-Verfahren produziert.
- Flachglas wird im Floatverfahren hergestellt oder gewalzt.
- Rohrglas

Kühlung

IS-Maschine

Veredelung


- durch chemische und physikalische Gasphasenabscheidung können feinste Metallbeschichtungen aufgebracht werden. Die meisten Fenster- und Autogläser werden mit für Infrarotlicht undurchlässigen Beschichtungen versehen. Die Wärmestrahlung wird hierdurch geblockt und Aufheizungen der Innenräume durch Sonneneinstrahlung gemindert, gleichzeitig die Wärmeverluste im Winter reduziert, ohne dabei die Durchsichtigkeit wesentlich zu beeinträchtigen.
- Eine andere Beschichtungstechnik verhindert die Verschmutzung und unterstützt die Selbstreinigung von Fensterglas. Eine äußere, hydrophile Beschichtung mit Titandioxyd verhindert die Tröpfchenbildung des Regenwassers, da es deren Oberflächenspannung herabsetzt. Regenwasser kann gleichmäßig an der Scheibe ablaufen und Schmutzpartikel mitziehen. Zusätzlich kann durch eine UV-Licht absorbierende Beschichtung die Entstehung aktiven Sauerstoffs ermöglicht werden, der organische Verbindungen zersetzt. [http://www.pilkington.com/resources/anwendungstext_msvarena.pdf Herstellerinformation (pdf)]
- Auch sind Verspiegelungen möglich
- Bei optischen Geräten werden reflektionsmindernde Schichten eingesetzt. Glas lässt sich auch schleifen, so dass optische Linsen für Brillen und verschiedene optische Geräte damit hergestellt werden können.
- Durch nachträgliches Sandstrahlen ein Milchglaseffekt zu erzielen, so dass das Glas nur noch durchscheinend aber nicht mehr durchsichtig ist
- Ein Farbauftrag ist im keramischen Siebdruck möglich.
- Durch exaktes Tempern eines auf Lithium-, Aluminium- und Siliciumoxid gefertigten Glases kann gezielt eine Rekristallisation herbeigeführt werden. Der Werkstoff ist nun kein Glas mehr, sondern eine Glaskeramik mit äußerst geringer Wärmedehnung. Diese findet Anwendung z. B. bei Kochfeldern und Spiegelteleskopen.

Geschichte der Glasherstellung

Frühzeit

Glaskeramik, Köln]] Natürlich vorkommendes Glas wie Obsidian wurde seit der Steinzeit zur Werkzeugherstellung (Faustkeil) benutzt. das glass wurde zumindest zweimal erfunden einmal als silizium potasium gemenge wohl in mesapotamien wobei sand den silizium liferte und potasium aus pflanzenasche gewonnen wurde und ein zweites mal als silizium natron gemenge wohl in agypten wobei sand mit natron aus dem nord ägytischen natron see geschmolzen wurde. vor 1550 gab es zumindest in agypten kein glas.(a. kisa köln) Schon ab 1250 v. Chr. unterhielten die Ägypter u. a. in Quantir östlich des Nildeltas regelrechte Glasmanufakturen. Dort wurden Glasrohlinge in einem zweistufigen Prozess hergestellt. Ein Zwischenglas entstand, welches anschließend zertrümmert wurde. Aus den von Verunreinigungen des ersten Produktionsschrittes befreiten Scherben schmolzen die Ägypter Glasrohlinge von zehn Zentimeter Dicke, die durch Beimischung von Metalloxiden unterschiedlich eingefärbt werden konnten. Archäologische Funde deuten darauf hin, dass die einzelnen Produktionsstätten sich auf die Herstellung jeweils unterschiedlich eingefärbte Gläser spezialisiert hatten. So produzierten beispielsweise die Handwerker in Qintar hauptsächlich rotes Glas, welches sie durch Beimengung von Kupfer erhielten. Der Vertrieb der Rohlinge an weiterverarbeitende Glaswarenersteller oder Kunsthandwerker erfolgte über Händler. Laut der britischen Archäologin Caroline Jackson waren Glasgegenstände aufgrund des komplizierten Herstellungsverfahrens ein hohes Statussymbol, welches sich nur die ägyptische Elite leisten konnte. Aus der Bibliothek des assyrischen Königs Assurbanipal ist ein Glasrezept in Keilschrift überliefert, das um 650 v. Chr entstanden ist: 60 Teile Sand, 180 Teile Asche aus Meerespflanzen und 5 Teile Kreide. aus persien kommt im 4 jahrhundert v. Chr. erstmals klares farbloses glas. Die Römer stellten Diatretgläser her, meist glockenförmige, prunkvolle Trinkgefäße die bis heute wegen ihrer künstlerischen Qualität bewundert werden. Eines der berühmtesten römischen Gläser ist der im Besitz des Britischen Museums befindliche Lykurgosbecher[http://www.artfund.org/acq/artworkDetail4_5.asp?appref=3526] aus dem 4. Jahrhundert an dem eine dreidimensionale figurative Darstellung angebracht ist, die im Gegenlicht rot und im Auflicht opak-gelbgrün erscheint. Im ersten Jahrhundert v. Chr. wurde an der östlichen Mittelmeerküste die Glasmacherpfeie erfunden. Die ersten Pfeifen waren Tonröhren später benutzte man Metallrohre mit dehnen man grössere Gefässe herstellen konte. Durch die Glasbläserei wurde Glas zur Massenwahre im ganzen römischen Reich.

Mittelalter und Neuzeit

Britischen Museums Britischen Museums Um die Jahrtausendwende dominierte Venedig die Glasmarkt. Die Insel Murano war das Hauptzentrum der europäischen Glasindustrie. Venezianisches Glas war ein begehrtes Luxusgut. Kirchenglasfenster verbreiten sich in den Kathedralen. Entgegen der landläufigen Meinung gab es im Deutschland des Mittelalters nicht nur das „typische“ grüne Waldglas, sondern auch farblose Gläser, zum Teil allerdings mit leichtem Farbstich. Im 14. Jahrhundert erfanden italienische Glasmacher das Cristallo, ein farbloses Glas mit besonderem Glanz. In den Anfängen der Herstellung von durchsichtigem Glas wurde das Glas zu so genannten Butzenscheiben geschleudert. Zu Beginn hatten diese Scheiben etwa 10 bis 20 cm Durchmesser. Später wurden dazu gar einige Kilo geschmolzenes Glas am Ende einer Stange schnell gedreht, so dass sich eine Scheibe mit bis zu 1,50 Meter Durchmesser bildete. Daraus wurden dann Glasscheiben geschnitten. Weil die Dicke dieser Scheiben sehr unterschiedlich war und am äußeren Rand zunahm, wurden sie aus statischen Gründen mit dem schwereren Ende nach unten eingesetzt.
- 1688 Herstellen von grossen Glasspiegeln in Frankreich. Bernard Pierrot führte den Glasguß bei der Scheibenfertigung ein und bedeutete einen bedeutenden Produktivitätsfortschritt. Dies war die Keimzelle der Fa. Saint Gobain.
- 1764 Nutzung von Natriumsulfat zur Glasherstellung (Glaubersalz)
- 1764 Steinkohlenfeuerung in der Glashütte Minden / Westf.

Industriealisierung und Automatisierung

Wichtige Ereignisse in der Entwicklung der Glasindustrie

Allgemein


- 1856 Erster Glasofen mit Regenerativfeuerung durch Friedrich Siemens
- 1867 Kontinuierlicher Wannenofen von Friedrich Siemens
- 1882 Ernst Abbé gründet mit Otto Schott in Jena Glaswerke für optische Spezialgläser

Flachglas

Otto Schott Um 1900 entwickelte der Amerikaner John H. Lubbers ein Verfahren zur Zylinderfertigung. Diese konnten einen Durchmesser von 80 cm erreichen und waren bis zu 8 m (!) hoch. Der Zylinder wurde aufgeschnitten und geplättet. Das Verfahren war jedoch sehr umständlich, insbesondere das Umlegen der Zylinder in die Horizontale bereitete Schwierigkeiten. Eine weitreichendes Patent sollte 1904 von Emile Fourcault folgen. Das nach ihm benannte Fourcault-Verfahren zur Ziehglasherstellung. Das Glas wird im kontinuierlich entnommen. Eine Schamottedüse liegt in der flüssigen Schmelze. Mit dem Hochziehen durch einen Kühlkanal auf ca. 8m Höhe kann es oben zugeschnitten werden. Die Glasdicke ist durch die Ziehgeschwindigkeit einstellbar. Es kam ab 1913 zum Einsatz und bedeutete eine große Verbesserung. Ein darauf aufbauendes Verfahren ließ der Amerikaner Irving Wightman Colburn 1905 patentieren. Das Glasband wurde zur besseren Handhabe in einen horizontalen Kühlkanal umgeleitet. Mit einer eigenen Fabrik wurde bis 1912 versucht das Verfahren zu beherrschen, blieb aber letzlich erfolglos, so daß Insolvenz angemeldet wurde. Das Patent ging an die Toledo Glass Company. 1917 kam das nunmehr so genannte Libbeys-Owens-Verfahren zur industriellen Anwendung. Die Vorteile gegenüber dem Fourcault-Verfahren lagen in der einfacheren Kühlung. Hingegen konnte bei jenem mehere Ziehmaschienen an einer Glasschmelzwanne arbeiten. Da der Kühlofen in der Länge beliebig lang sein konnte, erreichte dieses Verfahren ungefähr die doppelte Produktionsgeschwindigkeit. In der Folgezeit existierten beide Verfahren parallel. 1928 verbesserte die Plate Glass Company die Vorteile der Verfahren von Fourcault und Colburn; sie erzielte mit dem Pittsburg-Verfahren dadurch eine deutliche Steigerung der Produktionsgeschwindigkeit. 1919 gelang Max Bicheroux der entscheidende Schritt bei der Gussglasherstellung. Die flüssige Glasmasse wurde dabei zwischen gekühlten Walzen zu einem Glasband geformt, im noch erwärmten Zustand zu Tafeln geschnitten und in Öfen abgekühlt. Mit diesem Verfahren erreichte man die heute noch üblichen Scheibengrössen von 3 x 6 m 1923 Pilkington und Ford: kontinuierliches Walzglas für Automobilglas. 1902 Patent v. William E. Heal auf das Floatverfahren, das auf eine Idee von Henry Bessemer zurückgeht 1959 Die Fa. Pilkington bewältigt als erste die technischen Problem der Floatglasfertigung. Dieses Prinzip revolutionierte die Flachglasfertigung und wurde in den 1970er Jahren allgemeiner Standard.

Hohlglas

Im frühen 19. Jahrhundert Jahren wurden neue mechanische Hilfsmittel zum Blasen der Gläser benutzt. Es wurden Formen benutzt, die ein Relief als Negativ schon aufwiesen. Durch den Blasdruck wird das Glas in die Hohlräume gedrückt und das Werkstück bekommt seine Form. Allerdings ist die Lungenkraft des Glasmachers nicht ausreichend hoch für tiefere Reliefs, so daß mechanische Hilfsmittel eingeführt wurden: Durch Luftpumpen wird genügend Druck erzielt. [http://glas-forschung.info/pageone/pdf/tech_press.pdf pdf] Floatglasfertigung Die erste halbautomatische Flaschenblasmaschine vom Briten Alexander Mein 1859 entwickelt. Ein Meilenstein war die 1903 von Michael Josef Owens eingeführte Owens-Maschine als erste vollautomatische Glasmaschine überhaupt. In einem in der Schmelze eingetauchtem Rohr wird ein Vakuum erzeugt und so die problematische Tropfengröße exakt dosiert. Der Arm schwenkt zurück und drückt den Tropfen die Form. Mit der Umkehrung des Vakuums in Preßluft wird der Tropfen in die Metallform geblasen und das Werkstück erhielt seine entgültige Gestalt. Mit dieser Technik war es möglich zu dieser Zeit enormen Menge von 4 Flaschen pro Minute zu produzieren. Diese Technik nennt man Saug-Blas-Verfahren. [http://www.asme.org/history/brochures/h086.pdf pdf (en) ] Michael Josef Owens In der Folgezeit wurden verschiedene konkurrierende Modelle entwickelt. Firmen wie O'Neil, Miller and Lynch fertigten ebenfalls vollautomatische Maschinen. Auch wurden verschiedene Verbesserung der Tropfenentnahme realisiert. Die Neuerung war, daß der Glastropfen nicht mehr von oben aus der Schmelze entnommen wurde, sondern die Schmelze durch ein Öffnung im Feeder (Speiser) fließt. Ein Stopfen wird von oben rhythmisch auf- und abbewegt und bestimmt die Durchflußmenge. Unterhalb des Feeders wird von einer rotierenden Schere in das zähe Glas in gewünschter verschiedene Tropfen zerteilt. 1924 wird die IS-Maschine von den Namensgebern Ingle und Smith patentiert, die erste indistruelle Anwendung folgt wenige Jahre später. Diese Maschine, die die Vorteile des Tropfen-Verfahrens erst richtig nützt arbeitet nach dem Blas-Blas-Verfahren. Ein Tropfen wird in eine Metallform geleitet und vorgeblasen. Der vorgeformte Tropfen wird in eine zweite Form gewenkt, wo das Werkstück fertiggeblasen wird. Erste Anwendungen des neuen Verfahrens folgten wenige Jahre später. Die erste Maschine von 1927 hatte 4 Stationen: Ein Feeder beschickte eine Maschine und diese konnte parallel 4 Flaschen fertigen. [http://www.emhartglass.com/aboutus/history.asp (en)] Das Prinzip des Blas-Blas-Verfahrens ist auch heute noch in der Massenfabrikation gültig. Allerding fand über die Jahre eine stetige Entwicklung zu größeren, schnelleren und genaueren Maschinen statt. [http://www.anthro.utah.edu/IMACs/472-Bottles.pdf pdf (en)] siehe auch: Industrielle Revolution, Technischer Fortschritt, Technikgeschichte

Glaskunst und Kunsthandwerk

Technikgeschichte siehe auch: Glasmalerei, Tiffany-Glaskunst, Glas auf Mallorca, Glasreich, Glasschleiferei, Glasmacher, Glasbläser,

Siehe auch

Kategorie:Glas Glasindustrie, Glashütte,

Weblinks


- [http://www.schwabenglas.de/file/glasabc_a.htm Glaslexikon]
- [http://www.gra-pa.at/projects/NeueBaustoffe/02-kap00.html Glas als Baustoff]
- [http://www.infoline-glas.de Infoline-Glas am Bau] - Online-Lexikon mit Basiswissen, Beispielen, Terminen, Adressen, etc. ! Kategorie:Stoffgemisch ja:ガラス ms:Kaca simple:Glass th:กระจก

Bernstein

Bernstein (mittelniederdeutsch Börnsteen „Brennstein“) bezeichnet einen klaren bis undurchsichtigen gelben Schmuckstein aus fossilem Harz, aus dem auch ein Holzlack hergestellt wird. Der dominikanische Bernstein kann durch chemische Einschlüsse sogar grünlich bis bläulich gefärbt sein – diese seltenen Varietäten sind extrem begehrt und teuer. Bernstein ist bis zu 260 Millionen Jahre alt. Aus dem zähflüssigen Harz damals lebender Bäume wurde im Laufe der Zeit eine feste Substanz. Somit ist Bern„stein“ nicht mineralisch und zählt folglich streng genommen auch nicht zu den Edelsteinen. Bernstein gehört zu den ältesten Schmucksteinen. Einige altägyptische Objekte sind über 6.000 Jahre alt. Das wohl berühmteste Kunstobjekt aus Bernstein war das Bernsteinzimmer, das seit dem Zweiten Weltkrieg verschwunden ist. In den Jahren 1979-2003 haben russische Spezialisten im Jekaterinenpalais bei Puschkin das seither für die Öffentlichkeit wieder zugängliche Bernsteinzimmer mit original Baltischem Bernstein detailgetreu rekonstruiert, nachdem bis dahin unbekannte Fotografien gefunden worden waren, die dieses einzigartige Projekt erst ermöglichten. Für die Wissenschaft, insbesondere für die Paläontologie, ist Bernstein mit Einschlüssen, so genannten Inklusen, von Interesse. Diese Einschlüsse sind Fossilien von kleinen Tieren oder Pflanzenteilen, die im Bernstein über Jahrmillionen hinweg perfekt konserviert wurden.

Etymologie

Die deutsche Bezeichnung Bernstein leitet sich vom mittelniederdeutschen börnen (brennen) beziehungsweise börnesteen ab und ist auf die auffällige Brennbarkeit dieses „Steins“ zurückzuführen. In der Antike wurde er auch als Lyncirium (Luchsstein) bezeichnet, da man annahm, er wäre aus dem Harn des Luchses entstanden, der bei starker Sonneneinstrahlung hart geworden wäre. Der griechische Name des Bernsteins ist elektron und der römische Name ist electrum. Da Bernstein elektrostatisch aufgeladen werden kann, wurden frühe Versuche zur Elektrizität mit Bernstein durchgeführt. Bernstein wurde daher zum Namensgeber für das Elementarteilchen Elektron und die Elektrizität. Die Römer nannten den Bernstein succinum („Saft“) in der richtigen Vermutung, er sei aus Baumsaft entstanden. Die germanische Bezeichnung des Bernsteins lautete nach Plinius glaes(um) (Glas). Ein anderer Name für Bernstein lautet „gelbe Ambra“.

Bernsteinvarianten

Allgemeine Unterscheidungen

Als Rohbernstein bezeichnet man Bernstein, der noch seine Verwitterungskruste trägt und nicht geschliffen, poliert oder auf eine andere Weise künstlich verändert wurde. Naturbernstein ist dagegen ein geschliffener und polierter Bernstein, dessen Struktur und Farbe jedoch nicht künstlich verändert wurden. Es ist somit ein unverändertes Naturprodukt. Pressbernstein wird im Handel als „Echtbernstein“, „Echter Bernstein“ oder „Ambroid“ angeboten. Damit ist jedoch nicht der natürlich entstandene Bernstein gemeint, sondern ein Produkt, das aus Schleifresten und kleinen Stücken in einem Autoklav gefertigt wurde. Pressbernstein wird hergestellt, indem gereinigte Bernsteinbröckchen erwärmt und dann unter starkem Druck zusammengepresst werden. Dies geschieht unter Luftabschluss und bei einer Temperatur von 200–250 °C. Danach wird die so entstandene stangen- oder bogenförmige Masse bei bis zu 3000 bar Druck verfestigt. Durch Variationen in Hitze und Druck lassen sich nicht nur unterschiedliche Farbtöne, sondern auch klare und trübe Pressbernsteine herstellen. Neben diesen drei Arten von Bernstein wird im Handel auch „Echtbernstein extra“ angeboten, der aufgrund seiner unregelmässigen Blitzer und seiner geringen und feingliedrigen Schlierenverteilung visuell kaum vom Naturbernstein zu unterscheiden ist. Er kann nur durch gemmologische Untersuchungsmethoden eindeutig bestimmt werden. Kopale sind noch nicht völlig zu Bernstein umgebildete erstarrte Harze, die in den Deltas tropischer Flüsse zusammengeschwemmt werden, z. B. in Afrika. Sie sind höchstens einige zehntausende von Jahren alt und enthalten durchaus auch Einschlüsse. Sie beginnen bei Wärme klebrig zu werden. Kommen sie mit Ether in Berührung, werden ihre Oberflächen innerhalb kurzer Zeit weich, klebrig und schmierig. Die benetzten Stellen quellen auf.

Varianten des Rohbernsteins

Der Bernstein entstand, indem das Harz aus Bäumen nach vorheriger Verletzung der Borke strömte, eintrocknete und erhärtete. Es sind verschiedene Flussformen bekannt, deren Entstehung vom Ort und vom Grad der Flüssigkeit des Harzes abhing. Dies ist ein Überblick:
- Schlauben entstanden, als Harz schubweise austrat und die vorherigen Harzablagerungen überdeckte. Sie sind vielfach voller Verschmutzungen, seltener milchig und bergen die meisten Einschlüsse.
- Zapfen entstanden aus Harztropfen, die vor dem Herunterfallen am eigenen Tropfenfaden erstarrten. Erneute Harzflüsse können zu dickeren Harz-Stalaktiten führen. Sie enthalten oft Einschlüsse. Typisch ist eine abgeflacht rundliche Perlenform.
- Knochen nennt man eine Bernsteinsorte, die so viele mikroskopisch kleine Blasen einschließt, dass sie rahmweiß aussieht. Sie enthält keine erkennbaren Inklusen.
- Bastard wird eine häufige Bernsteinsorte genannt, die von zahllosen Blasen derart getrübt ist, dass sie undurchsichtig und milchig wirkt. Die Farben liegen meistens zwischen gelblichweiß und ockergelb. Diese Sorte enthält selten Einschlüsse.
- Flomen bezeichnet einen eigentlich klaren Bernstein, der von vielen mittelgroßen Blasen deutlich getrübt ist. Bei geeigneter Sichtmöglichkeit findet man gelegentlich Einschlüsse.

Eigenschaften

Stalaktit Bernstein ist meistens hell- bis goldgelb und altert zu rötlich- oder bräunlich-gelb, im Extremfall zu Rottönen. Trüber Bernstein kann wegen submikroskopisch kleiner Bläschen (Größe: 0,0002–0,0008 mm, Dichte: bis zu 900.000/mm3) weißgelb oder weiß sein. Je nach Verschmutzung oder Eisensulfidbildung in Spalten werden die Farben dunkler. Selten sind die blaugrün schimmernden Bernsteine. Der blaue Bernstein tritt meist in Verbindung mit weißen Bereichen auf. Die Entstehung der blauen Farbe ist nicht endgültig geklärt, eventuell spielt die Lichtbrechung eine Rolle. Auf jeden Fall ist die blaue Variante der seltenste Bernstein. Grünen Bernstein gibt es eigentlich nicht, da dieser nur durch Erhitzen entsteht. Ein leichter Grünstich allerdings kann bei trübem Bernstein schon vorkommen. Bernstein kann im Gegensatz zu Imitationen aus Kunstharz leicht angezündet werden und zeigt während des Brennens eine helle Flamme, die stark rußt. Dabei duftet er harzig-aromatisch und verläuft an der Flamme zu einer schwarzen, spröde erhärtenden Masse. Der harzige Geruch entsteht, wenn die flüchtigen Bestandteile (z. B. ätherische Öle) des Bernsteins verbrennen. Daher eignet er sich zum Räuchern und wird zum Beispiel in Indien als Weihrauch-Ersatz für sakrale Zwecke verwandt. Photo: [http://www.geoscience-online.de/index.php?cmd=focus_detail2&f_id=176&rang=11]

Physikalische Eigenschaften

Bernstein hat eine Mohs-Härte von 2–2,5 und ist damit ein recht weiches Material. Daher ist es möglich, mit einer Stecknadel eine Furche in die Oberfläche des „Steins“ zu ritzen. Glas und Stein sind deutlich härter. Bernstein ist nur wenig schwerer als Wasser. Wegen seiner geringen Dichte (um 1,07) geht er in Süßwasser zwar sofort unter, schwimmt aber in stark salzhaltigem Wasser, zum Beispiel in gesättigter Kochsalzlösung. Diese Eigenschaft erleichtert das Sammeln und Aussortieren ganz wesentlich. Bernstein hat eigentlich keinen richtigen Schmelzpunkt. Bei 170–200 °C wird er weich und formbar. Bernstein schmilzt oberhalb von 300 °C und zersetzt sich dabei, das heißt er kann nicht wieder zu einem richtigen Bernstein abkühlen. Ein Rückstand dieses Prozesses ist dann Kolophonium. Bernstein hat einen sehr hohen elektrischen Widerstand und eine sehr niedrige Dielektrizitätskonstante von 2,9 (Naturbernstein) beziehungsweise 2,74 (Pressbernstein). In trockener Umgebung kann er leicht durch Reiben mit textilem Gewebe oder Wolle elektrostatisch aufgeladen werden. Man bezeichnet diese Aufladung auch als Reibungselektrizität. Diese Eigenschaft kann als einfacher und zerstörungsfreier Echtheitstest verwendet werden: Der aufgeladene Bernstein zieht kleine Papierschnipsel, Stofffasern oder Wollfussel an. Dieser Effekt war bereits in der Antike bekannt und wurde durch die Werke von Plinius dem Älteren bis ins Spätmittelalter überliefert. Der englische Naturforscher William Gilbert widmete ihm in seinem 1600 erschienenen Werk De magnete magneticisque corporibus ein eigenes Kapitel und unterschied ihn vom Magnetismus. Bernstein leuchtet unter UV-Bestrahlung (Wellenlänge 320–380 nm) in unverwittertem oder frisch angeschliffenen Zustand blau und in verwittertem Zustand in einem matten Olivgrün. Bernstein glänzt, wenn er feucht oder geschliffen ist, da er mit einer geschlossenen Oberfläche eine hohe Lichtbrechung aufweist. Er lässt bei Schichten bis zu 10 mm Dicke Röntgenstrahlung fast ohne Verlust passieren.

Chemische Eigenschaften

Bernstein besteht zu 67–81% aus Kohlenstoff, der Rest besteht aus Wasserstoff und Sauerstoff sowie manchmal etwas Schwefel (1%). Wurden auch mineralische Bestandteile eingelagert, können auch noch andere Elemente vorkommen. Bernstein ist ein Gemisch aus unterschiedlichen Stoffen und deren Oxidationsprodukten, die in langen Fadenmolekülen gebunden sind. Nachgewiesene lösliche Bestandteile des Bernsteins sind z. B. Abietinsäure, Isopimarsäure, Agathendisäure sowie Sandraracopimarsäure. Der unlösliche Bestandteil des Bernsteins ist ein Ester, der als Succinin (oder Resen, Sucinoresen) bezeichnet wird. Bisher sind über 70 organische Verbindungen nachgewiesen, die am Aufbau des Baltischen Bernsteins (Succinit) beteiligt sind. Bernstein ist weitgehend nicht in organischen Lösungsmitteln löslich. Allerdings verwittert er, besonders durch Luftsauerstoff und UV-Einwirkung. Dabei dunkelt er in den äußeren Schichten nach. Bei Trockenheit bilden sich gleichzeitig von der Oberfläche und vorhandenen Hohlräumen ausgehend kleine, fast kreisrunde Risse, die Sonnenflinten, die mit der Zeit zu einer rauen und bröckeligen Oberfläche des Bernsteins führen. Dadurch können auch eventuell vorhandene Einschlüsse zerstört werden. Naturbernstein reagiert nur an der Oberfläche mit Ether, Aceton und Schwefelsäure. Bei längerer Einwirkungsdauer wird sie matt. Pressbernstein ist weniger widerstandsfähig. Er wird bei längerem Kontakt mit den oben genannten Substanzen teigig und weich. Dasselbe gilt prinzipiell auch für Kopal und Kunstharz, nur dass hier schon ein wesentlich kürzerer Kontakt ausreicht.

Alter und weltweites Vorkommen des Bernsteins

Man unterscheidet nach Ursprungsort, Alter und der produzierenden Pflanze verschiedene Arten von Bernstein. Schwefelsäure Die bekannteste Fundregion des Bernstein in Europa ist der gesamte Ostseeraum; insbesondere Orte auf der Samland-Halbinsel (Königsberg, Russland) zwischen Frischem und Kurischem Haff, in Polen und den baltischen Republiken sind ergiebig. Der Baltische Bernstein (Succinit) ist vor ca. 65–70 Millionen Jahren aus dem Harz der Bernsteinkiefer entstanden und eignet sich besonders gut zur Schmuckherstellung. Keine andere Bernsteinart wird in annähernd so großer Menge und gleich bleibender Qualität wie der Baltische Bernstein gefunden. Die größten, in Tagebauen erschlossenen Lagerstätten befinden sich bei Jantarny (Palmnicken) an der Bernsteinküste bei Königsberg sowie an den Küsten Litauens und Polens. Aber auch in Mecklenburg-Vorpommern und sogar im zwischenzeitlich rekultivierten Tagebau „Goitsche“ bei Bitterfeld (Sachsen-Anhalt) wurde zu Zeiten der DDR Baltischer Bernstein systematisch abgebaut. Die Ostsee-Vorkommen erwähnt schon Tacitus in seiner „Germania“. Er spricht vom Volk der „Aesti“, das mit Bernstein handele. In Tschechien, Ungarn, Rumänien, Bulgarien und der Ukraine gibt es ebenfalls Bernsteinvorkommen. Am bekanntesten sind hier der Mährische Bernstein, der Rumänische Bernstein (Rumänit) und der Ukrainische Bernstein, die jeweils ca. 100 Millionen Jahre alt sind. An der niederländischen, deutschen und dänischen Nordseeküste, im dänischen Jütland (Jütländischer Bernstein), auf den dänischen Inseln sowie an der schwedischen Küste kann Bernstein nach Stürmen von Strandgängern gefunden werden. In Deutschland gibt es auch größere binnenländische Vorkommen in märkischen Gebieten – z. B. im Naturpark Barnim zwischen Berlin und Eberswalde (Brandenburg). Man fand sie in Talsandflächen des nach Thorn ziehenden Urstromtales bei Regulierungen und Kanalbauten. Archäologen vermuten nahe der Grenze zum heutigen Polen ein historisches Handelszentrum. Sowohl in der Schweiz als auch in Österreich und Frankreich sind Bernsteinvorkommen bekannt. Bernstein aus den Schweizer Alpen ist ca. 55–200 Millionen Jahre alt, solcher aus Golling ca. 225–231 Millionen Jahre. Der bekannte Sizilianische Bernstein (Simetit) ist hingegen vor 10–20 Millionen Jahren entstanden. In Afrika findet man Kopal an den Küstenländern Ost- und Westafrikas, vor allem aber auf Madagaskar. Dieser so genannte Madagaskar-Bernstein ist allerdings erst 1.000–10.000 Jahre alt und besteht aus dem erstarrten Harz der Bernsteinpinie. In Nigeria findet sich auch Bernstein, der ca. 60 Millionen Jahre alt ist. Amerikas bekanntester Bernstein ist der durch seine Klarheit und seinen Reichtum an fossilen Einschlüssen begehrte Dominican Amber aus der Dominikanischen Republik. Er ist vor 35 Millionen Jahren aus dem Laubbaum „El Algorobo“ entstanden. In Asien findet man Bernstein vor allem im vorderen Orient und in Myanmar (früheres Birma/Burma). Der Libanon-Bernstein ist ca. 130–135 Millionen Jahre und der Burma-Bernstein (Burmit) ca. 50 Millionen Jahre alt. Bernsteine des australisch-ozeanischen Raums kann man in Neuseeland und auf Borneo (Sawak-Bernstein) finden. Sie sind ca. 20–60, teilweise 70–100 Millionen Jahre alt. Die ältesten Bernsteine sind sporadisch aus dem Devon bekannt.

Die Entstehung des Baltischen Bernsteins

Der Baltische Bernstein oder Succinit ist der bedeutendste und am besten erforschte Bernstein. Man findet ihn an den Küsten der Ost- und Nordsee und in Samland in der „Blauen Erde“. Der Baltische Bernstein ist im Alt-Tertiär vor ca. 40–50 Millionen Jahren im Gebiet von Mittelschweden/Finnland entstanden. Damals erstreckte sich der so genannte Bernsteinwald in einem breiten Gürtel von Ost nach West bis an die Küste. Deren Verlauf war jedoch anders als heute, so dass das Areal des heutigen Dänemarks, Südschwedens und Norddeutschlands von Wasser bedeckt war, während das heutige Polen und Norwegen durch eine Küstenlinie etwa auf dem Verlauf des heutigen Oder-Flusses verbunden waren. Die Ostsee selbst entstand erst wesentlich später. So ist zu erklären, dass der Baltische Bernstein auch an der heutigen Nordseeküste zu finden ist. Ostsee Der Succinit entstand, indem das Harz aus so genannten Bernsteinkiefern (Pinus succinifera) nach vorheriger Verletzung der Rinde strömte, eintrocknete und erhärtete. Die Kiefernwälder versanken vor ca. 40–50 Millionen Jahren auf Grund von großen Klima- und Standortveränderungen in Sümpfen. Bei ansteigendem Meeresspiegel lockerten Wellen und Strömungen den überfluteten Waldboden auf, spülten das alternde Harz heraus und lagerten es an unterschiedlichen neuen Stellen ab. Große Mengen Bernstein wurden durch eine besonders starke Strömung in eine Bucht transportiert, die sich von der Samlandküste bis westlich von Danzig erstreckt. Er setzte ab und wurde von tonigem Substrat, Sand und Gesteinsschichten bedeckt. Die Sedimente verdichteten sich später zur „Blauen Erde“. Dabei entstand Braunkohle mit darin eingeschlossenem Harz, das sich unter dem Druck und Luftabschluss entwässerte. Dieser Prozess führte zur Oxidation der organischen Kohlenstoffmoleküle. Mit der Zeit bildete sich aus dem Harz so der Bernstein. Auf diese ergiebige Lagerstätte im Ostbaltikum lassen sich letztlich alle Bernsteinfunde Nordeuropas zurückführen, insbesondere aber entlang der „Bernsteinküste“. Die Verbreitungs- und Fundgebiete des Succinits stehen in Zusammenhang mit den massiven eiszeitlichen Um- und Ablagerungen. Innerhalb der letzten Million Jahre erfuhr der Baltische Bernstein die größten Umlagerungen. Drei Eiszeiten, die Elster-, Saale- und zuletzt die Weichsel-Eiszeit überfuhren das heutige Ostseebecken und das nördliche Mitteleuropa mit ihren Gletschern von Nordosten her und erfassten sowohl Bernsteinablagerungen als auch beispielsweise Ablagerungen aus der Kreidezeit. Erdschollen, Gesteins-, Sand- und Schuttmassen sowie große Steine transportierte das Eis bis nach Dänemark und ins norddeutsche Tiefland. Die meisten Lagerstätten von Bernstein befinden sich in Sedimenten, die vor ca. 40 Millionen Jahren mit Meerwasser in Berührung waren. Selten wird Bernstein in fossilem Waldboden entdeckt.

Bernstein-Einschlüsse: Inklusen

Inhalt

Im erstarrten Harz des Bernsteins finden sich konservierte Lebensformen, die vor Millionen von Jahren auf der Erde in Wäldern gelebt haben: Sediment Zum einen findet man Kleintiere oder Teile davon als Einschlüsse: verschiedene Gliederfüßer (Arthropoden), vor allem Insekten wie Fliegen, Mücken, Libellen, Ohrwürmer, Termiten, Heuschrecken, Zikaden und Flöhe, aber auch Asseln, Krebstiere, Spinnen und Würmer sowie vereinzelt Schnecken, Vogelfedern und Haare von Säugetieren, extrem selten sogar einmal eine Eidechse (vgl. hierzu aber auch das Kapitel "Fälschungen und Manipulationen"!). Zum anderen gibt es eine Vielzahl von pflanzlichen Inklusen: Pilze, Moose und Flechten, aber auch Pflanzenteile, die von Lärchen, Fichten, Tannen, Palmen, Zypressen, Eiben und Eichen stammen. Manchmal werden auch Inklusen mit Wassertropfen oder Lufteinschlüssen entdeckt. Obwohl die Artenvielfalt in der Zeit, als der Bernstein entstand, relativ groß war, sind Inklusenfunde selten. Nur etwa jedes 500. Bernsteinstück hat einen Einschluss, wobei in den Funden oft nur Fragmente der eingeschlossenen Lebewesen vorliegen. Häufig sind die Inklusen auch beschädigt. Deshalb sind Stücke mit vollständig erhaltenen Zeugnissen des damaligen Lebens wissenschaftlich besonders wertvoll.

Entstehung

Damit Harz zu Bernstein und ein eingeschlossenes Lebewesen oder ein Fremdkörper zur Inkluse wird, müssen folgende Voraussetzungen erfüllt sein: # Das Insekt (oder die Pflanze) muss formstabil bleiben, bis das Harz erhärtet ist. # Das Harz darf während des Erhärtens nicht schrumpfen und auch nicht durch später auflastende Gesteine beansprucht werden. # Das Harz muss durch Sonnen- und Hitzeeinwirkung auf natürliche Weise geklärt werden. Ist das Insekt von nachfließendem Harz umschlossen, beginnt der Abbau der Weichteile in seinem Körperinneren. Dabei treten Muskeln, Drüsen und Körperflüssigkeit durch Körperöffnungen und Körperwandung aus. Deshalb ist die Umgebung der Inklusen häufig milchig-trübe. Mit der Zersetzung der Weichteile setzt bereits die Erhärtung des Harzes ein. Sind diese Prozesse beendet und ist das Harz im Waldboden eingebettet, so wird nach Millionen von Jahren das Harz zu Bernstein und das Insekt zur Inkluse.

Geschichtliche Bedeutung

Der Bernstein hat den Menschen schon immer fasziniert. Er galt in allen bedeutenden Dynastien und zu allen Zeiten als Zeichen von Luxus und Macht.

Steinzeit

Der Bernstein wurde bereits in der Jungsteinzeit verarbeitet und verziert. Schon damals schrieb man ihm legendäre Wirkungen zu. Bereits um ca. 10.000 v.Chr., das heißt zur ausgehenden letzten Eiszeit, wurde er in Nordfriesland zu Anhängern und Perlen verarbeitet. Auch um 8.000–5.500 v.Chr. war er ein besonders begehrter Schmuck, der in Dänemark und dem südlichen Ostseegebiet zur Herstellung von statushebenden Tieramuletten und Schnitzereien mit eingravierten Tiermotiven genutzt wurde. Schamanen nutzen ihn auch als Weihrauch, so dass ihm eine rituelle Bedeutung zukam. Dies änderte sich auch nicht, als aus den Jägern um 3.500–1.500 v.Chr. (Neolithikum) Bauern wurden. Diese begannen nun im großem Maße, Bernstein zu sammeln, zu opfern und ihn zu verstecken (Bernstein-Depotfunde in Jütland). Weiterhin wurde er zu Ketten und Anhängern verarbeitet und den Toten mit in die Gräber gegeben. Die Erbauer der Großsteingräber fertigten die für sie typischen Streitaxt-Nachbildungen aus Bernstein.

Bronzezeit

In der Bronzezeit nahm das Interesse an der Bernsteinverarbeitung zunächst ab, obwohl das Material immer noch eine beliebte Grabbeigabe blieb. Der Collierfund in einem Urnengrab von Ingolstadt, eine opulente Halskette, muss damals von unschätzbarem Wert gewesen sein. Warum das Collier in einem Tonkrug vergraben wurde, ist ungeklärt. Bernstein war neben Salz und Rohmetall (Bronze und Zinn) eines der begehrtesten und wichtigsten Handelsgüter. In Hortfunden und bei Graböffnungen taucht er regelmäßig auf. Durch ihn sind auch weitreichende Handelsbeziehungen nachgewiesen worden. Zwei breite Goldringe, in die je eine Bernsteinscheibe eingelassen war, fanden sich in Südengland (Zinnvorkommen), und ein beinahe identisches Exemplar ist aus dem griechischen Bronzezeit-Zentrum Mykene bekannt (Blütezeit vom 15. - 13. Jh. v.Chr.). Auch in einem frühbronzezeitlichen (um 1700 v.Chr.) Hortfund von Dieskau (Landkreis Saalkreis) befand sich eine Kette aus Bernsteinperlen.

Eisenzeit

Mykene)]] In der Eisenzeit gewann Bernstein durch die Wertschätzung der Phönizier, Griechen, Skythen, Ägypter, Balten und Slawen als „Tränen der Sonne“ beziehungsweise „Tränen oder Harn der Götter“ wieder an Bedeutung. Später hielt man ihn für das „Harn des Luchses“, „versteinerten Honig“ oder „erstarrtes Erdöl“. Die Griechen schätzten den Bernstein als Edelstein, den sie als Tauschmittel für Luxusgüter aller Art nutzten, wie bei Homer erwähnt und beschrieben. Die Römer nutzten ihn als Tauschmittel und für Gravuren. Zur Zeit der Wikinger war er wieder ein begehrtes Material, das als Räucherwerk benutzt oder kunstvoll verarbeitet wurde. Aus dieser Zeit sind beispielsweise Funde von Perlen für gemischte Ketten, Spinnwirtel, Spielbrettfiguren und Würfel aus Bernstein bekannt.

Griechisch-römische Antike

In der griechisch-römischen Antike wurde erkannt, dass Bernstein sich elektrostatisch aufladen kann. Der griechische Philosoph Aristoteles berichtet darüber. Außerdem soll er mit Pytheas von Massila um 334 v.Chr. die so genannten Bernsteininseln aufgesucht haben (gemeint sind wohl die West-, Ost- und Nordfriesischen Inseln in der Nordsee). Man nennt diese Inseln auch die Elektriden. Die Römer Tacitus und Plinius der Ältere schrieben auch über den Bernstein sowie seine Herkunft und seinen Handel. Kaiser Nero soll Bernstein in großen Mengen zu Repräsentationszwecken genutzt haben. Im Rom der Kaiserzeit trieb nicht nur der Kaiser, sondern auch das Volk mit dem Bernstein einen verschwenderischen Luxus. Man trank aus Bernsteingefäßen, er zierte alles, was von Wert war, und wohlhabende Frauen färbten ihr Haar bernsteinfarben. Plinius der Jüngere soll sich darüber geärgert haben, „dass ein kleines Figürchen aus Bernstein teurer als ein Sklave sei“. In der römischen Antike wurde zudem der Handel mit samländischem Bernstein erschlossen.

Mittelalter

Im Mittelalter und für katholische Gebiete auch danach wurde der Bernstein hauptsächlich zur Herstellung von Rosenkranz-Gebetsketten genutzt. Da er so beliebt war und man damit viel verdienen konnte, stellten Kaufleute und Feudalherren die Gewinnung und Veräußerung allen Bernstein Ost- und Westpreußens bald unter Hoheitsrecht. Als ein Verstoß gegen dieses so genannte „Bernsteinregal“ konnte das Sammeln und der Verkauf von Bernstein auf eigene Rechnung mit dem Tod bestraft werden. Die Küstenbewohner hatten die Pflicht, unter der Bewachung durch Vögte Bernstein zu sammeln und abzuliefern. Dabei mussten Frauen, Kinder und alte Leute täglich bei Wind und Wetter an den Strand. Erfüllten sie ihr festgesetztes hohes Soll nicht, hatten sie mit bösen Folgen zu rechnen. Der Deutsche Orden sicherte sich später das gesetzliche Recht auf den alleinigen Handel mit Bernstein, welches ihm seinen Reichtum einbrachte. Aus den wertvollsten Bernsteinstücken fertigten sie vor allem in den Werkstätten Königsbergs und Danzigs künstlerische Gegenstände. Das „Bernsteinregal“ verpachtete der Deutsche Orden zunächst an die jeweiligen Landesherren, auf die es 1525 überging. Wiederum wurden die Küstenbewohner zum Sammeln von Bernstein angetrieben. Da die Fischer im Tausch gegen Bernstein das dringend benötigte Salz erhielten, lieferten sie viel ab und sammelten täglich. In abgemilderter Form galt das Gesetz bis 1945.

Neuzeit

In der Neuzeit wurde Bernstein nach alter Tradition zu Schmuck verarbeitet, aber auch für Schatullen, Spielsteine und -bretter, Intarsien, Pfeifenmundstücke und andere repräsentative Sachen verwendet. Im 16. und 17. Jahrhundert nutzten die preußischen Herrscher den Bernstein für Repräsentationszwecke und ließen verschiedene Zier- und Gebrauchsgegenstände daraus fertigen. Der preußische Hof gab hunderte von Bernsteinkunstgegenständen in Auftrag, vor allem Pokale, Dosen, Konfektschalen und Degengriffe, die als Hochzeits- und Diplomatengeschenke in viele Kunstsammlungen europäischer Fürsten- und Herrscherhäuser gelangten. Aus dieser Zeit stammen auch die ersten größeren Bernsteinmöbel. 17. Jahrhundert Im 18. Jahrhundert ließ der preußische König Friedrich I. das Bernsteinzimmer für sein Charlottenburger Schloss in Berlin fertigen, das 1712 fertig gestellt wurde. 1716 verschenkte sein Sohn das Zimmer an den russischen Zaren Peter den Großen. Später wurde es in den Katharinenpalast bei St. Petersburg eingebaut, im Zweiten Weltkrieg von den Deutschen geraubt und nach Königsberg gebracht, wo es 1945 wahrscheinlich verbrannte. Es gibt allerdings Gerüchte, wonach das Bernsteinzimmer noch immer in unterirdischen Stollen eingelagert sein soll. Durch den Fortschritt der Naturwissenschaften wurde erkannt, dass der Bernstein als fossiles Harz nicht mystischen, sondern natürlichen Ursprungs ist. Deswegen ging das höfische Interesse am Bernstein nach 1750 zurück. Bis ins 19. Jahrhundert wurde der Bernstein hauptsächlich durch Strandlese gewonnen. Im Jahre 1837 überließ der preußische König Friedrich Wilhelm III. die gesamte Bernsteinnutzung von Danzig bis Memel gegen die Summe von 30.000 Mark den Gemeinden des Samlandes. Um 1890 begann man dort die großtechnische Gewinnung des Bernsteins, so dass das Rohmaterial günstig auf den Markt kam und der Schmuck daraus für alle Bevölkerungsschichten erschwinglich war. In der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts wurde der Bernstein Bestandteil der Volkskunst. In manchen Regionen Europas gehörten facettierte Bernsteinketten zur Hochzeitstracht der Bauern. Seit Mitte des 19. Jahrhunderts und Anfang des 20. Jahrhunderts wird Bernstein vor allem von Russland, Estland, Lettland und Litauen (bzw. der späteren Sowjetunion) exportiert. Um 1970 senkte die Sowjetunion die Jahreslieferung von zehn Tonnen auf eine herunter. Der Hauptabnehmer der Importware, der ostdeutsche „VEB Ostseeschmuck“, forderte daraufhin die Bürger der DDR durch Zeitungsanzeigen auf, Bernstein nach Ribnitz-Damgarten zu schicken. Die meisten Zusendungen kamen von Bitterfelder Bergleuten, und so beauftragte der Betrieb Geologen, den Braunkohletagebau Bitterfeld zu untersuchen. Da sie fündig wurden, wurde der Tagebau Bitterfeld (Grube Goitsche) zum Bernsteintagebau. In der chemischen Industrie wird Bernstein im 20. und 21. Jahrhundert für die Herstellung von Lacken und Ölen verwendet. Pressbernstein eignet sich für die industrielle Weiterverarbeitung von Gebrauchsgegenständen und als Isolator, da sein elektrischer Widerstand größer als der von Porzellan ist.

Handelswege

Bereits zur Steinzeit, war der Baltische Bernstein ein wertvolles Tauschobjekt und Handelsgut, das südwärts gelangte. Bereits in mykenischer Zeit (ca. 1600 - 1050 v. Chr.) wurde in Griechenland Schmuck aus importiertem Bernstein getragen, wie eine Reihe von Funden aus dieser Zeit zeigen. Die Handelswege des Bernsteins nennt man Bernsteinstraße. Sie verlaufen bündelförmig nach Süden zum Mittelmeer:
- nach Aquileia: Plinius der Ältere (23–79 n. Chr.) berichtet, dass Bernstein von der Ostseeküste nach Aquileia gebracht worden sei. Die bereits in der Urgeschichte bedeutsame Bernsteinstraße folgt in Niederösterreich der March, überquert bei Carnuntum östlich Wiens die Donau und führt über Slowenien an die Adria. Südlich der Donau wurde sie als wichtige Verkehrsroute schon um die Zeitenwende von den Römern ausgebaut.
- ins westliche Mittelmeer: auf verschiedenen Routen von Hamburg nach Marseille.

Abbau, Förderung und Handel

Jährlich werden ca. 700–900 Tonnen Bernstein im Tagebau gefördert. Davon ist jedoch nur ein Bruchteil zur Schmuckfertigung geeignet. Die meisten Fundstücke sind klein. Die beiden größten Bernsteine, die 1922 und 1970 in Schweden gefunden wurden, wiegen je etwa 1,8 kg. Sieben andere Stücke, die bis 1968 aufgesammelt wurden, haben ein Gewicht zwischen 0,8 und 1,2 kg. Das weltweit größte bisher geborgene Bernsteinstück wurde von einem schwedischen Hummerfischer aus dem Meer geholt und besaß zum Zeitpunkt des Fundes eine Masse von 10,478 kg. Da man etwas davon abgeschlagen hat, wiegt es nun noch 8,868 kg. Bekannter als dieses Fundstück ist ein 48 x 22 x 20 cm großer und 9,1 kg schwerer Block im Berliner Museum für Naturkunde der Humboldt-Universität. Von 1974 bis 1993 war das sachsen-anhaltische Bitterfeld ein wichtiges Abbaugebiet. Als die Sowjetunion in den 1970er Jahren ihre jährlichen Exporte drastisch senkte, gab dies den Anlass dazu, im Bitterfelder Braunkohlen-Tagebau den Bernstein zunächst mit Schürfharke und Schaufel, ab 1976 mit Löffelbaggern und einer Förderanlage mechanisch abzubauen. Ende der 1990er Jahre wurde die Grube geflutet und die bernsteinträchtigen Schichten dadurch unzugänglich. Bis 2002 war der Hauptfundort die große Grube von Palmnicken bei Kaliningrad (Königsberg), das durch seine großen im Tagebau zugänglichen Bernsteinvorkommen bekannt wurde. Nach der Erschöpfung der Vorkommen in Schwarzort wurde 1827 bei Palmnicken das weltweit wohl einzige Bernsteinwerk durch die Firma „Stantien & Becker“ eingerichtet. Palmnicken wurde angelehnt an das russische Wort für Bernstein, jantar, in Jantarny umbenannt, nachdem es nach dem Zweiten Weltkrieg Teil der Sowjetunion geworden war. In Jantarny wurde der Succinit aus der „Blauen Erde“ gefördert. Die „Blaue Erde“ ist eine mehrere Meter dicke, graugrüne Sedimentschicht, die Glaukonit und den Baltischen Bernstein enthält. An manchen Stellen enthält ein Kubikmeter zwei bis drei Kilogramm Bernstein. Das Vorkommen erstreckt sich großflächig an der Küste bis in 10 m und im Binnenland bis in 30 m Tiefe. Nachdem der Abraum über der „Blauen Erde“ abgetragen wurde, schrappte ein Bagger mit großer Schaufel eine Tonne Erde von der Wand ab und lud sie hinter sich ab. Dann wurde das Substrat mit Wasser aufgeschwemmt. Als nächstes wurde die schlammige Masse von großen Pumpen über kilometerlange Rohre ins Kombinat befördert. Dort siebte man den Bernstein heraus und führte ihn der weiteren Verwendung zu. Der verschlämmte Abraum floss über ein Rohrsystem in die Ostsee. Nachdem durch den russischen Zoll große Mengen Diebes- und Schmuggelware (ca. 900–1000 kg Rohbernstein und bis zu 6000 Stück Fertigerzeugnisse innerhalb von zwei Jahren) beschlagnahmt worden waren, deren Spuren in das Bernsteinkombinat Jantarny zurückverfolgt werden konnten, erhöhte man die Sicherheitsvorkehrungen an der Palmnickengrube, die 90% der jährlichen Weltlieferung förderte. Schließlich gab man sie im Jahr 2002 auf und flutete den Tagebau. Die Schließung des Bernsteinabbaus in Jantarny hat für den Handel zur Folge, dass die Bernsteinpreise seitdem steigen. Da man in den letzten Jahren den Bernstein sogleich verkauft und nicht gehortet hat, ist ein Engpass entstanden. Auf der Bernsteinmesse „amberif“ in Danzig gab es zuletzt nur wenige gute Inklusen zu kaufen. Prognosen zufolge soll es in den nächsten Jahren einen Mangel an Bernstein im Angebot geben, der die Preise in großem Maße steigen lassen soll, auch wenn es weiterhin Gerüchte über neu eröffnete Gruben in der Exklave Kaliningrad gibt. Da Polen in der Antike an der Bernsteinstraße lag, war das Material dort schon immer ein wertvoller Rohstoff, der besonders im 2. Jahrhundert gehandelt wurde. Auch in heutiger Zeit ist Polen ein wichtiger Bernsteinlieferant, dessen Vorräte auf 12.000 t geschätzt werden. Der polnische Bernstein stammt hauptsächlich aus Mozdzanowo, wo er in vielen unterschiedlichen Farbtönen gefunden wird. 60% der Fundstücke sind durchsichtig. Auch an der Verbindungsstelle zur Halbinsel Hela findet sich Bernstein in 130 m Tiefe. Kürzlich wurden auf der Lubliner Hochebene Vorkommen entdeckt. Damit vergrößert sich wieder das Bernsteinangebot. Der meiste Rohbernstein wird zu Pressbernstein verarbeitet, aus dem die Industrie dann Isolatoren, Holzlack und Kolophonium herstellt. Ein Kleinteil gelangt ins Schmuckgewerbe, in dem Fälschungen gang und gäbe sind.

Legendäre Heilkräfte und Schutzzauber

Bernstein wird seit alter Zeit als Heilmittel eingesetzt. So schreibt Plinius der Ältere in seiner Naturalis historia, dass auf der Haut getragene Bernsteinamulette vor Fieber schützen. Der Glaube an die „Kraft des Steins“ findet sich auch in magischen Vorstellungen der Neuzeit wieder - etwa, wenn empfohlen wird, Ehefrauen nachts Bernstein auf die Brust zu legen, um sie so zum Gestehen schlechter Taten zu bringen. Im Volksaberglauben gilt Bernstein als Schutz vor bösem Zauber und soll Dämonen, Hexen und Trolle vertreiben. Zermahlener Bernstein wurde innerlich gegen verschiedene Krankheiten eingesetzt, so u. a. bei Nieren-, Gallen-, Leberkrankheiten, bei Problemen im Magenbereich und des Verdauungssystems. Daneben nutzte man ihn als Räuchermittel. Ab dem 19. Jahrhundert wurde das aus Bernstein gewonnene Bernsteinöl zum Einreiben bei Rheuma verwendet. In der Esoterik gilt Bernstein bis heute als „Heil- und Schutzstein“, der Ängste nehmen und Lebensfreude schenken soll. Um seine volle Wirkung zu entfalten, soll er lange ohne Unterbrechung auf der Haut getragen werden. Heute ist Bernstein bei vielen Müttern als "Zahnungshilfe" beliebt: Eine Bernsteinkette um den Hals des Babys gelegt soll dem Kind das Zahnen erleichtern und ihm die Schmerzen nehmen.

Verarbeitung und Pflege von Bernstein

Bernstein wurde schon in der Steinzeit bearbeitet. Jeder kann dies ohne großen maschinellen Aufwand bewerkstelligen.

Werkzeug

Zur Bearbeitung von Bernstein wird Nass-Schleifpapier mit Körnungen von 80 bis 1000 gebraucht sowie Nadelfeilen mit Hub 1 und 2, Schlämmkreide (Alternative: Zahnpasta), Brennspiritus, Wasser, Leinen- bzw. Baumwolllappen, Fensterleder (Ledertuch), eine kleine Bohrmaschine und Spiralbohrer (max. 1 mm), eine mittelstarke Laubsäge (zum Zerschneiden großer Bernsteinstücke) und eine Angelsehne (zum Auffädeln einer Kette). Im Umgang mit den Geräten ist Vorsicht geboten. Auf einer Werkbank lassen sich am besten die zu berbeitenden "Rohsteine" mittels kleiner Aufspannvorrichtungen bearbeiten.

Verarbeitungsprozess

Im ersten Schritt wird der Bernstein gefeilt und poliert. Dabei wird die unerwünschte Verwitterungskruste mit der Nadelfeile oder Nass-Schleifpapier der Körnung 80 bis 120 entfernt. Zum Aufbau des Schliffs werden mit dem Bernstein oder dem Schleifpapier kreisende Bewegungen ausgeführt. Dabei wird die Körnung stufenweise bis 1000 erhöht. Diese Bearbeitung erfordert etwas Geduld, da die gröberen Schleifspuren des vorherigen Schleifpapiers glatt geschliffen sein müssen, bevor die nächst feinere Körnung benutzt werden kann. Zudem sollte der Bernstein vor jedem Wechsel des Schleifpapiers gründlich mit Wasser abgespült werden, um ihn nicht zu überhitzen (dadurch kann eine klebrige Oberfläche entstehen) und um Kratzer zu vermeiden. Im zweiten Schritt wird der Bernstein der Politur, dem letzten Arbeitsgang beim Schleifen, unterzogen. Dazu wird ein Leinen- bzw. Baumwolltuch mit Spiritus angefeuchtet und mit Schlämmkreide bestrichen. Mit dem so präparierten Tuch wird der Bernstein in kreisenden Bewegungen poliert und anschließend unter Wasser ausgewaschen. Zum Schluss wird der Bernstein mit einem Fensterleder nachpoliert. Im dritten Schritt wird in den Bernstein, falls gewünscht, ein Loch gebohrt. Der Bohrer wird in eine elektrische Handbohrmaschine eingespannt. Die verwendete Drehzahl sollte niedrig sein, und eine gewisse Übung in der Handhabung von Bohrern ist nicht nur aus Sicherheitsgründen von Vorteil. Der Bohrer darf nicht verkannten oder mit großem Druck durch den Bernstein getrieben werden, da Bernstein sehr druckempfindlich ist und damit die Bruchgefahr sehr groß. Sollte der Bernstein doch einmal brechen, hilft ein handelsüblicher Sekundenkleber. Matte, wenig glänzende, stumpfe oder ältere Bernsteine bekommen mit etwas Möbelwachs einen schönen Glanz. (Wikipedia übernimmt keine Haftung für Unfälle. Das Befolgen dieser Anleitung erfolgt auf eigene Gefahr.)

Pflege

Bernstein sollte regelmäßig unter fließend warmem Wasser gespült und nicht in die Sonne gelegt werden, da er schnell brüchig wird. Außerdem sollte man ihn vor Seife und Putzmitteln schützen, da ihn diese zerstören.

Fälschungen, Manipulationen und Legenden

Fälschungen und Manipulationen

Schon im 18. Jahrhundert wurden Bernsteineinschlüsse gefälscht. Man versuchte damals, Tiere wie Frösche oder Eidechsen als Inklusen im Bernstein unterzubringen, eine Praxis, die auch heutzutage noch gang und gäbe ist. Bisweilen wird auch der Bernstein selbst gefälscht. Abgesehen von ihrem Brenngeruch und ihrer geringen Härte bzw. Dichte sind manche Bernsteinsorten nur schwer von entsprechend gefärbten Kunststoffen zu unterscheiden. Häufig werden auch Mischungen von Bernstein und Kunstharzen als Bernstein angeboten. Sie sind jedoch durch die deutlich abgesetzten, eingegossenen Bernsteinstücke leicht zu erkennen. In der DDR wurde künstlicher Bernstein aus Polyester und Bernsteinstücken als Polybern verkauft. Zum Prüfen, ob es sich bei einem Bernstein um ein Original oder ein Imitat handelt, kann eine glühende Nadel verwendet werden. Diese hält man an den Stein und zieht sie mit etwas Druck darüber. Bildet sich eine Rille und wird der Stein schmierig bzw. riecht er harzig, während die Nadel an einer Stelle bleibt, ist es Bernstein. Andernfalls ist es ein Imitat. Alternativ kann man auch die Dichte des Bernsteins zum Test nutzen. Bernstein sinkt in Süßwasser (z.B. normalen Leitungswasser) schwimmt jedoch in konzentriertem Salzwasser. Man benutzt zwei Gefäße, eines mit Süßwasser, eines mit Salzwasser (etwa zwei Esslöffel Salz auf einen Viertelliter Wasser). Bernstein versinkt im ersten Glas, schwimmt jedoch im zweiten. Plastik schwimmt auch auf Süßwasser, Steine und Glas versinken im Salzwasser. Künstlich geklärte Bernsteine sind keine Seltenheit. Dabei werden trübe Naturbernsteine (95% der Naturbernsteine) über mehrere Tage langsam in Rüb- oder Leinsamenöl erwärmt, um sie zu klären. Durch geschickte Temperaturregelung während des Klärungsprozesses können auch Sonnenflinten, Sonnensprünge und Blitzer, die in Naturbernsteinen äußerst selten vorkommen, gezielt hergestellt werden. Oft wird auch ein hohes Alter des Steins vorgetäuscht. Beim so genannten Antikisieren wird das Material in einem elektrischen Ofen in gereinigtem Sand mehrere Stunden auf 100 °C erhitzt, um einen warmen Braunton zu erzeugen. Alle diese Manipulationen sind leider nur schwer nachzuweisen. Bernstein wird oft mit durchscheinendem gelbem Feuerstein verwechselt, dessen Oberfläche auch glänzt. Aber im Gegensatz zum leichten und warmen Bernstein ist Feuerstein kalt und härter als Glas. Um selbst gefundene Bernsteine von Feuerstein zu unterscheiden (bei kleineren Splittern ist das Gewicht nicht ohne weiteres zu bestimmen), kann man den Stein vorsichtig gegen einen Zahn schlagen. Gibt dies einen weichen Ton, wie er zum Beispiel entsteht, wenn man mit dem Fingernagel gegen den Zahn schlägt, so ist es kein Feuerstein.

Legenden

Es entspricht nicht dem Stand der Wissenschaft, dass aus der DNA einer inkludierten Mücke, die Dinosaurierblut aufgenommen hat, mit Hilfe der Gentechnik ein lebendiger Dinosaurier erzeugt werden kann. Dies war die grundlegende Idee des Buches Dino Park von Michael Crichton, das später als Jurassic Park verfilmt wurde. Falsch ist auch die Behauptung, es gäbe Einschlüsse von Meereslebewesen im Bernstein. Es handelt sich bei den eingeschlossenen Lebewesen ausschließlich um Landbewohner (70% aller Inklusen) und Süßwasserlebewesen (30%) der Bernsteinwaldgebiete.

Literatur


- Wilfried Wichard, Wolfgang Weitschat: Im Bernsteinwald. Gerstenberg, ISBN 3-8067-2551-9
- Wilfried Wichard, Wolfgang Weitschat: Atlas der Pflanzen und Tiere im Baltischen Bernstein. ISBN 3-931516-94-6
- Jens Grzonkowski: Bernstein. Hamburg: Ellert&Richter 1996, ISBN 3-89234-633-X
- Sylvia Botheroyd,Paul F.Botheroyd, Das Bernstein-Buch. Atmosphären, ISBN 386533010X
- Jörg Wunderlich: Fossile Spinnen in Bernstein und Kopal. 2 Bände, Herausgegeben von J. Wunderlich, joergwunderlich@t-online.de - Nur beim Verfasser erhältlich.
- Wilfried Wichard, Wolfgang Weitschat: Atlas of Plants and Animals in Baltic Amber: ausführlicher als deutsche Ausgabe (siehe oben), ISBN 3-931516-45-8
- Jens Wilhelm Janzen: Arthropods in Baltic Amber. ISBN 3-932795-14-8
- J. M. de Navarro: Prehistoric Routes between Northern Europe and Italy defined by the Amber Trade. The Geographical Journal, Vol. 66, No. 6 (Dec., 1925), 481-503
- Max J. Kobbert: Bernstein - Fenster in die Urzeit. Göttingen: Planet Poster Editions 2005, ISBN 3-933922-95-X

Weblinks


- Zum Weiterlesen
  - [http://www.amberworld-trade.de/web/ueber_bernstein.php Kurze Fachinformationen zum Bernstein]
  - [http://www.amberemotion.com/faszination-bernstein.html Kompaktwissen zum Thema Bernstein und Bernsteinpflege (deutsch)]
  - [http://www.amberworld-trade.de/web/ueber_bernstein.php Wichtigste Daten zum Bernstein]
  - [http://www.amberworld-trade.de/web/ueber_bernstein.php Der Bernstein in Kürze]
- Fachwissen
  - [http://www.mineralienatlas.de/lexikon/index.php/Bernstein Mineralogisches zu Bernstein im Mineralinatlas WiKi]
  - [http://www.amberworld-trade.de/web/ueber_bernstein.php Naturbernsteinseite]
  - [http://www.fossilien-finden.de/bernsteina.html Verschiedene Bernsteinsorten]
  - [http://www.g-o.de/index.php?cmd=focus_detail&f_id=176&rang=1 Wissenschaftliche Seite über den Bernstein]
  - [http://www.amberworld-trade.de/web/ueber_bernstein.php Wissenswertes über den Bernstein]
  - [http://www.bernstein.co.at Informationen über den Bernstein]
  - [http://www.amberworld-trade.de/web/insects.php Bernstein Inklusen]
  - [http://www.uni-wuerzburg.de/mineralogie/palbot/preservation/amber.html Kommentiertes Linkverzeichnis über Bernstein (in Englisch)]
  - [http://www.amberworld-trade.de/web/ueber_bernstein.php Über Bernstein (deutsch)]
  - [http://www.emporia.edu/earthsci/amber/amber.htm About Amber (englisch)]
- Museen
  - Deutsches Bernsteinmuseum Ribnitz-Damgarten [http://www.ribnitz-damgarten.de/seiten/mu_bernst.htm] & [http://www.bernsteinmuseum.info/]
  - [http://www.bernsteinmuseum.de Bernsteinmuseum Bad Füssing]
  - [http://www.baltic.amber.museum/english/index.htm Museum über den Baltischen Bernstein (englisch)]
  - [http://www.pgm.lt/index_en.htm Bernsteinmuseum in Litauen (englisch)] Kategorie:Bernstein Kategorie:Schmuckstein Kategorie:Geologie Kategorie:Paläontologie Kategorie:Pflanzenprodukt enff:Amber ja:コハク

Schmelze

Als Schmelzen bezeichnet man das Übergehen eines Stoffes vom festen in den flüssigen Aggregatzustand. Dieser Prozess erfolgt bei konstantem Druck immer bei einer bestimmten Temperatur, die Schmelzpunkt genannt wird. Während des Übergangs bleibt die Temperatur konstant, sämtliche zugeführte Wärme wird in die Zustandsänderung investiert. Die dazu benötigte Energiemenge wird Schmelzwärme genannt. Das Gegenteil des Schmelzens ist das Erstarren. Das flüssige Ergebnis wird oft als Schmelze bezeichnet.

Beispiele für Schmelzen


- Eisschmelze
- Schmelze von Salzen
- Glas- oder Quarzschmelze
- Magma bzw. Lava
- Metallschmelze (z.B. für Legierungen oder Erzgewinnung)
- Schmelze eines thermoplastischen Kunststoffs (beim Spritzgießen oder Extrudieren)
- Erschmelzen von Silizium für die Herstellung von Computer-Chips

Schmilzen und Schmelzen

Eigentlich heißt das Wort schmilzen, denn schmelzen ist die transitive Form. Beispiele: Der Schnee schmilzt, das heißt er geht vom festen in den flüssigen Zustand über. Die Sonne schmelzt den Schnee, das heißt die Sonne beziehungsweise deren Wärmestrahlung ist hier Subjekt (aktiv), der Schnee wird geschmolzen, ist also Objekt. Nicht immer wird zwischen schmilzen und schmelzen sprachlich korrekt unterschieden.

Siehe auch


- Phasendiagramm Kategorie:Thermodynamik Kategorie:Urformen

Kristallisation

Als Kristallisation bezeichnet man den Vorgang der Bildung von Kristallen. Das kann aus einer Lösung, einer Schmelze, der Gasphase, einem amorphen Festkörper oder auch aus einem anderen Kristall (Umkristallisation), aber immer durch Kristallbildung und Kristallwachstum, erfolgen. Bei diesem Prozess wird Kristallisationswärme frei. Damit sich ein Kristall bilden kann, muss der auszukristallisierende Stoff zunächst in Übersättigung gebracht werden. Dies geschieht zum Beispiel durch Abkühlungsprozesse von Lösungen oder von Schmelzen, oder durch Verdampfen des Lösungsmittels. Bei Kristallen, die aus mehreren Komponenten bestehen (zum Beispiel Ionenkristalle), kann die Übersättigung auch durch Mischen von zwei Lösungen hergestellt werden, die jeweils eine der Komponenten enthalten. Dabei ordnen sich die zuvor gelösten Moleküle bzw. Elemente in einer regelmäßigen, teils stoffspezifischen Form an. Dieser Prozess kann beschleunigt werden, wenn Impfkristalle hinzugefügt werden, die dann in der übersättigten Lösung weiterwachsen. Die Kristalle können dann durch Filtration, Flotation, Zentrifugation oder Siebung von der Lösung getrennt werden (siehe auch Trennverfahren). Ein Beispiel für die Gewinnung eines Massenproduktes durch Kristallisation ist die Zuckerfabrikation. Der Begriff der Kristallisation wird auch im übertragenen Sinne verwendet, wenn einem/jemandem etwas (eine Situation, ein Gedanke etc.) langsam immer klarer wird.

Weblinks

Kategorie:Trennverfahren Kategorie:Kristallographie Kategorie:Verfahrenstechnik

Amorphes Material

In der Physik ist amorphes Material ein Stoff, bei dem die Atome keine geordneten Strukturen, sondern ein unregelmäßiges Muster ausbilden und daher nur über eine Nahordnung, nicht aber über eine Fernordnung verfügen. Regelmäßig strukturierte Materialien heißen Kristalle. Bedingung für den amorphen Zustand ist, dass sich die Atome beim Abkühlen einer Schmelze nicht regelmäßig anordnen können, das heißt die Viskosität muss einen gewissen Wert überschreiten und es darf nicht zur Kristallisation kommen. Technisch können zum Beispiel amorphe Metallbänder durch schnelles Abkühlen hergestellt werden. Glas ist ein typisches amorphes Material. Es ist die amorphe Form von Siliziumdioxid (SiO2). Eine der kristallinen Formen heißt Quarz. Erzeugt wird Glas durch Beimengung von Stoffen, sog. Glasbildnern, die ein gleichmäßiges Kristallgitter verhindern. Da die Atome eine geringe Packungsdichte aufweisen, haben amorphe Stoffe eine geringere Dichte als kristalline Stoffe. Sie sind außerdem nicht so hart und weniger spröde. Amorphe Metalle werden mit Hilfe der Rascherstarrungstechnik in Form von dünnen Folien industriell hergestellt. Hauptanwendungsgebiet sind hierbei Magnetwerkstoffe, weichmagnetische Legierungen (Fe, Ni, Co) und Lötfolien. Kategorie:Mineralogie Kategorie:Festkörperphysik Kategorie:Weiche Materie ja:アモルファス

Feststoff

In Physik und Chemie bezeichnet der Begriff Festkörper Materie im festen Aggregatzustand. Dies ist ein Spezialfall der kondensierten Materie. Im engeren Sinne versteht man hierunter auch einen Stoff, welcher bei einer Temperatur von 20 °C einen festen Aggregatzustand aufweist, wobei die Bezeichnung Feststoff in diesem Fall stoffspezifisch, jedoch nicht temperaturspezifisch ist. Die Physik und Chemie der Festkörper unterscheiden sich aufgrund der gegenseitigen Wechselwirkung der Bausteine der Materie erheblich von der Physik und Chemie freier Teilchen oder in Lösung. Besonderes Kennzeichen von Festkörpern ist die Beständigkeit der Ordnung (amorph oder kristallin) ihrer Bausteine.

Aufbau von Festkörpern

Festkörper haben im technischen Sprachgebrauch eine gewisse Mindest-Ausdehnung, die aber nicht scharf definiert ist. Sie sind demnach makroskopische Körper - im Gegensatz zu mikroskopischen Körpern. Zum Beispiel gilt im Regelfall ein Makromolekül für sich allein noch nicht als Festkörper. Alle Festkörper kann man sich aus Bausteinen zusammengesetzt vorstellen. Ein Baustein kann dabei ein einzelnes Atom oder Molekül, aber auch eine Gruppe davon sein. Sind alle Bausteine gleichartig, so spricht man von Monostrukturen, andernfalls von Heterostrukturen.

Typen

Man unterscheidet zwischen amorphen (im kleinsten "gestaltlosen") und kristallinen Festkörpern. Die Festkörperphysik beschäftigt sich vorwiegend mit den Eigenschaften kristalliner Festkörper. Darunter wird - wie in der Geologie - ein feines Gefüge verstanden, wie es beispielsweise beim Marmor am Funkeln kleinster Körner erkennbar ist. Das Wort kristallin bedeutet quasi Miniaturkristalle. Im Gegensatz zu Gesteinen ist jedoch dieses Gefüge bei den meisten in Festkörper- oder Geophysik, Industrie und Technik betrachteten oder verwendeten Festkörpern viel feiner und selbst im Mikroskop bei stärkster Vergrößerung kaum erkennbar. Eine Ausnahme davon sind beispielsweise die Weißschen Bezirke von Metallen, die für den Ferromagnetismus verantwortlich sind. ; Einkristalle : Kennzeichnendes Merkmal von Kristallen ist die regelmäßige Anordnung ihrer Bausteine. Die Art der zugrundeliegenden Struktur ist verantwortlich für viele Eigenschaften eines Festkörpers. Beispielsweise besitzt Kohlenstoff zwei verschiedene Kristallstrukturen -- Graphit und Diamant -- welche völlig verschiedene elektrische Leitfähigkeiten haben (Graphit ist ein Halbmetall, Diamant ein Isolator). ; Amorphe Festkörper : Die Physik der amorphen Festkörper ist vielschichtig, weil hierunter alle Festkörper zusammengefasst werden, die keine regelmäßige Struktur besitzen. Wassereis, Gläser oder erstarrte Flüssigkeiten sind nur einige Vertreter dieser Gattung. Mit dem Verlust einer makroskopischen Struktur gehen auch viele typische Eigenschaften eines Kristalls verloren. Beispielsweise sind die meisten amorphen Festkörper schlechte elektrische Leiter. Dennoch stellt dieses Gebiet ein interessantes Thema in der Forschung dar, da ein Fehlen der Kristallstruktur auch ein Fehlen von Anisotropie-Effekten bedeutet. ; Polykristalline Festkörper : Kristallin und amorph sind nicht die einzigmöglichen Erscheinungsformen von Festkörpern. Dazwischen gibt es einen Bereich, der gewissermaßen eine Mischform darstellt: Die polykristallinen Festkörper. Diese bestehen aus einer Ansammlung von kleinen Einkristallen, die ungeordnet zu einem großen Ganzen verbaut sind.

Bindungen

Der Zusammenhalt eines Festkörpers beruht auf einer attraktiven Wechselwirkungen zwischen den Atomen bzw. Molekülen auf großen Distanzen und einer repulsiven auf kurzen. Den energetisch günstigsten Abstand nennt man Gleichgewichtsabstand. Ist die thermische Energie der Atome zu niedrig um dieser Potenzialfalle zu entkommen, so bilden sich starre Anordnungen aus – die Atome sind aneinander gebunden. Es gibt im wesentlichen vier Bindungsarten, welche den Aufbau und die Eigenschaften eines Festkörpers maßgeblich beeinflussen. ; Ionenbindung : Diese Art der Bindung tritt – zumindest anteilig – immer auf, wenn der Festkörper aus unterschliedlichen Elementen aufgebaut ist, welche eine unterschiedliche Elektronegativität besitzen. Dabei gibt das eine Element dem anderen ein Elektron ab, also das eine zum Anion und das andere zum Kation wird. Die unterschiedlichen Ladungen bewirken eine elektrostatische Anziehung. Salze sind ein typischer Vertreter dieser Bindungsart. ; Atombindung : Diese, auch kovalent genannte, Bindung beruht auf einem Absenken der elektronischen Energie. Das Prinzip das gleiche wie bei der Bildung von Molekülen wie z.B. O2. Elemente der vierten Hauptgruppe (Kohlenstoff, Silizium, Germanium) sind auf diese Art gebunden. ; Metallbindung : Die Metallbindung ist ein Extremfall der Atombindung. Auch diese Bindung ist durch eine Absenkung der elektronischen Energie bedingt. Nur ist hier der Überlapp der Orbitale der Atome so groß, dass diese auch noch mit denen seinen übernächsten (oder noch mehr) Nachbarn wechselwirken. Man kann es sich so vorstellen, dass die Ionenrümpfe der Atome in einen Elektronensee eingebettet sind. Wie der Name bereits andeutet, bilden Metalle diese Bindung aus. ;Van-der-Waals-Bindung : Die Van-der-Waals-Bindung tritt grundsätzlich immer auf, ist allerdings so schwach, das sie sich nur bei Abwesenheit einer anderen Bindungsart bemerkbar macht. Die anziehende Kraft ist eine elektrostatische, wird hier jedoch durch induzierte Dipolmomente verursacht. Edelgas- und Molekülkristalle werden nur von diesen zusammengehalten. Diese Bindungsarten sind keineswegs isolierte Fälle, die nur entweder-oder auftreten. Der Übergang von ionischer zu kovalenter zu metallischer Bindung ist fließend. Zudem können in Festkörpern verschiedene Bindungen nebeneinander auftreten. Graphit z.B. besteht aus Schichten kovalent gebundener Kohlenstoffatome, während die Schichten als Ganzes untereinander über Van-der-Waals Bindungen zusammenhalten. Da letztere Bindung so schwach ist, nutzt man Graphit als Bleistiftminen – beim Reiben über Papier reißen die Bindungen bereits auf.

Oberflächen

Mit der Oberfläche meint man die abschließenden 1–3 Atomlagen an der Grenze zum Vakuum. Das Fehlen von Bindungspartnern zu einer Seite zieht für Atome dieser Schichten überlichlicherweise eine Relaxation oder Rekombination nach sich. Dabei versuchen die Atome durch Ändern ihrer Bindungslänge zu tieferliegenden Schichten (Relaxation) oder durch Umordnung ihrer Positionen und Absättigen offener Bindungen (Rekombination) einen energetisch günstigeren Zustand einzunehmen. Das Resultat sind neue Oberflächenstrukturen, die eine andere Periodizität als das Substrat (tieferliegende Schichten) aufweisen können. Eine weitere Besonderheit ist das Auftreten von Oberflächenzuständen. Das bedeutet, dass in den sonst für energetisch verbotenen Bereichen -- den Bandlücken -- erlaubte Energiezustände für Elektronen entstehen können. Bei Halbleitern sorgen diese neuen Zustände für eine Verbiegung der Bänder und damit einer Veränderung der elektrischen Leitfähigkeit. Es können so Leitungskanäle entstehen, was zum Beispiel für Feldeffekttransistoren genutzt wird.

Eigenschaften von Festkörpern

Elektrische Leitfähigkeit

Alle Festkörper können nach ihrer Fähigkeit, elektrischen Strom zu leiten, den Leitern, Halbleitern oder Nichtleitern zugeordnet werden. Diese Einteilung wurde historisch so festgelegt. Eine Erklärung für die Unterschiede der Leitfähigkeit konnte jedoch erst das Bändermodell liefern. Heutzutage wird daher die Gruppenzuordnung durch die Größe der Bandlücke festgelegt. ; Leiter : Fast alle Metalle zählen zu den elektrisch guten Leitern. Die Leitungselektronen verhalten sich so, als ob sie sich frei im Festkörper bewegen können. Bei steigender Temperatur nimmt die Leitfähigkeit jedoch ab, was mit vermehrten Stößen der Elektronen untereinander und an Fehlstellen in der Kristallstruktur begründet werden kann. ; Halbleiter : Auffälligstes Merkmal der Leitfähigkeit von Halbleitern ist ihre starke Abhängigkeit von inneren (Reinheitsgrad) wie auch äußeren Parametern (Temperatur). Bei reinen (intrinsische) Halbleitern nimmt die Leitfähigkeit bei steigender Temperatur sehr stark zu -- oft um eine Größenordnung bei ca. 20 K Unterschied. Neben Elektronen tragen hier auch sogenannte Defektelektronen, auch Löcher genannt, zur Leitfähigkeit bei. Die Ladungsträgerdichten von Löchern und Elektronen sind in intrisischen Halbleitern gleich groß, das Verhältnis kann jedoch durch gezieltes Verunreinigen (Dotieren) einseitig verändert werden. ; Nichtleiter : Isolatoren leiten unter normalen Umständen praktisch keinen elektrischen Strom. Die elektrische Leitfähigkeit gehört zu den variabelsten Größen in der Physik, die möglichen Werte erstrecken sich über mehr als 30 Größenordnungen. Dabei zeigen die meisten nichtmagnetischen Festkörper bei sehr tiefen Temperaturen ein weiteren erstaunlichen Effekt: Unterhalb einer kritischen Temperatur verschwindet der elektrische Widerstand völlig, diesen Zustand nennt man supraleitende Phase.

Deformierbarkeit

Anders als bei Flüssigkeiten und Gasen sind die Teilchen im festen Aggregatzustand nur minimal gegenseitig verschiebbar - entsprechend ihrer kristallartigen Feinstruktur. Im kleinsten sind solche Deformationen nur schwer modellierbar, doch über Millionen oder Trillionen von Teilchen folgen sie klaren Gesetzen. Sie hängen mit der Elastizität und ihren Modulen zusammen, sowie mit der Form und Dimension der zu deformierenden Körper. Ein idealisierter Festkörper, der in der klassischen Mechanik als Modell eines Festkörpers verwendet wird, ist der starre Körper. Er unterliegt keinerlei Verformungen, kommt aber in der Natur nicht vor. In den meisten Fällen ist er ein gutes Modell für die realen Objekte in unserer Umwelt. Der reale Festkörper hingegen hat in der Regel keine einfache, sondern eine richtungsabhängige Verformbarkeit. Dies behandelt zum Beispiel die Festkörperphysik und die Theorie von Materiewellen.

Reaktivität

Im Vergleich zu Reaktionen in Lösung zeichnen sich Festkörperreaktionen normalerweise durch sehr hohe Aktivierungsbarrieren aus. Der Grund ist der Reaktionsmechanismus, nach dem Festkörperreaktionen ablaufen: Die Leerstellen im Kristallgitter wandern wie in einem "Schiebepuzzle". Dafür muss die Kristallstruktur deformiert werden, was einen großen Energieaufwand verursacht.

Andere Eigenschaften

Weitere typische Attribute von Festkörpern sind ihre Leitfähigkeit für Wärme oder elektrischen Strom. Diese beiden Eigenschaften sind meist eng gekoppelt.

Siehe auch


- Aggregat
- Klassische Mechanik
- Sir Isaac Newton
- Starrer Körper Kategorie:Festkörperphysik ja:固体 ko:고체 ms:Pepejal simple:Solid

Kristallisation

Als Kristallisation bezeichnet man den Vorgang der Bildung von Kristallen. Das kann aus einer Lösung, einer Schmelze, der Gasphase, einem amorphen Festkörper oder auch aus einem anderen Kristall (Umkristallisation), aber immer durch Kristallbildung und Kristallwachstum, erfolgen. Bei diesem Prozess wird Kristallisationswärme frei. Damit sich ein Kristall bilden kann, muss der auszukristallisierende Stoff zunächst in Übersättigung gebracht werden. Dies geschieht zum Beispiel durch Abkühlungsprozesse von Lösungen oder von Schmelzen, oder durch Verdampfen des Lösungsmittels. Bei Kristallen, die aus mehreren Komponenten bestehen (zum Beispiel Ionenkristalle), kann die Übersättigung auch durch Mischen von zwei Lösungen hergestellt werden, die jeweils eine der Komponenten enthalten. Dabei ordnen sich die zuvor gelösten Moleküle bzw. Elemente in einer regelmäßigen, teils stoffspezifischen Form an. Dieser Prozess kann beschleunigt werden, wenn Impfkristalle hinzugefügt werden, die dann in der übersättigten Lösung weiterwachsen. Die Kristalle können dann durch Filtration, Flotation, Zentrifugation oder Siebung von der Lösung getrennt werden (siehe auch Trennverfahren). Ein Beispiel für die Gewinnung eines Massenproduktes durch Kristallisation ist die Zuckerfabrikation. Der Begriff der Kristallisation wird auch im übertragenen Sinne verwendet, wenn einem/jemandem etwas (eine Situation, ein Gedanke etc.) langsam immer klarer wird.

Weblinks

Kategorie:Trennverfahren Kategorie:Kristallographie Kategorie:Verfahrenstechnik

Thermodynamik

Die Thermodynamik, auch als Wärmelehre bezeichnet, ist ein Teilgebiet der klassischen Physik. Sie entstand im Verlauf des 19. Jahrhunderts auf der Grundlage der Arbeiten von James Prescott Joule, Nicolas Léonard Sadi Carnot, Julius Robert von Mayer und Hermann von Helmholtz. Sie ist die Lehre der Energie, ihrer Erscheinungsform und Fähigkeit, Arbeit zu verrichten. Sie erweist sich als vielseitig anwendbar in der Chemie, Biologie und Technik. Mit ihrer Hilfe kann man zum Beispiel erklären, warum bestimmte chemische Reaktionen freiwillig ablaufen und andere nicht. Die Thermodynamik ist eine rein makroskopische Theorie, die davon ausgeht, dass sich die physikalischen Eigenschaften eines Systems hinreichend gut mit makroskopischen Zustandsgrößen beschreiben lassen. Dabei werden intensive Zustandsgrößen, beispielsweise Temperatur T, Druck p und chemisches Potenzial μ, von extensiven Zustandsgrößen, beispielsweise innerer Energie U, Entropie S, Volumen V und Teilchenzahl N, unterschieden. Die Arbeit W und die Wärme Q sind keine Zustandsgrößen, da sie das System nicht in eindeutiger Weise zu einem festen Zeitpunkt charakterisieren. Die Gleichungen, die konkrete Zusammenhänge zwischen den Zustandsgrößen für spezielle physikalische Systeme (z.B. ideales Gas) liefern, heißen Zustandsgleichungen. Die Thermodynamik kann vollständig auf vier Axiome, den vier Hauptsätzen, aufgebaut werden. Diese Axiome sind in ihrer ursprünglichen Formulierung - entsprechend ihrer Entstehung beruhend auf empirischen Beobachtungen - reine Erfahrungssätze. Die elegante mathematische Struktur erhielt die Thermodynamik durch die Arbeiten von Josiah Willard Gibbs, der als Erster die Bedeutung der Fundamentalgleichung erkannt und ihre Eigenschaften formuliert hat. Durch die Statistische Mechanik nach James Clerk Maxwell und Ludwig Boltzmann können viele Aspekte der Thermodynamik anhand mikroskopischer Theorien bestätigt werden. In ihrer gesamten Darstellung behält sie allerdings weiterhin den ausgezeichneten Status einer eigenständigen physikalischen Theorie. Ihre Anwendbarkeit muss jedoch auf geeignete Systeme eingeschränkt werden: das sind solche, die sich aus genügend vielen Einzelsystemen, also meist Teilchen, zusammensetzen.

Nullter Hauptsatz (manchmal auch 4. Hauptsatz genannt)

Wenn ein System A sich mit einem System B sowie B sich mit einem System C im thermischen Gleichgewicht befinden, so befindet sich auch A mit C im thermischen Gleichgewicht. Anders formuliert, das Gleichgewicht ist transitiv. Dies erlaubt es, eine neue Zustandsgröße, die empirische Temperatur θ einzuführen, so dass zwei Systeme genau dann die gleiche Temperatur haben, wenn sie sich im thermischen Gleichgewicht befinden. Dieses Gesetz wurde erst nach den drei anderen Hauptsätzen formuliert. Da es eine wichtige Basis bildet, wurde es später als Nullter Hauptsatz bezeichnet. Das macht die Benutzung eines Thermometers, das in Kontakt mit dem zu messenden Okjekt steht, möglich. Wird anstatt der Temperatur die