Не твердое и не жидкое: топ-6 удивительных фактов про стекло от ученых Пермского Политеха

Факт 1. Стекло – не твердое и не жидкое

В отличие от твердых тел, таких как соль или кварц, стекло не имеет упорядоченной кристаллической решетки. Атомы в нем расположены беспорядочно, как в жидкости. При этом материал обладает чрезвычайно высокой вязкостью. Это означает, что его молекулы очень медленно перемещаются относительно друг друга.

— Да, материал обладает некоторыми свойствами, напоминающими жидкость, но его низкая текучесть делает его твердым материалом. Называть стекло жидкостью некорректно. Более точным термином является «аморфное твердое тело» или «стеклообразное состояние», — рассказывает Регина Ларионова, старший преподаватель кафедры строительного инжиниринга и материаловедения ПНИПУ.

Факт 2. Стекло не пропускает электричество

Твердое стекло считается диэлектриком — веществом, в котором нет свободных зарядов: все они связаны с нейтральными молекулами.

— Для электропроводности нужны подвижные носители заряда, ионы. А в застывшем веществе таких нет. При этом материал способен накапливать в себе электрический заряд. А вот расплавленное стекло легко проводит электричество, так как молекулы в нем спокойно передвигаются, — поясняет эксперт.

Факт 3. Вулканическая лава – прародитель стекла

И всем известная пористая пемза, и полудрагоценный обсидиан — это застывшая лава, или вулканическое стекло. В них, как и в жидкости, отсутствует свойственное кристаллическим веществам упорядоченное расположение атомных группировок. Благодаря такому строению природные стекла, и в частности обсидиан, могут образовывать при ударе тонкие острые сколы, которые легко поддаются обработке.

— Обсидиан и драконий камень из «Игры престолов» — один из первых неорганических материалов, освоенных человеком. Предок силикатного стекла представляет собой быстро застывшую вулканическую лаву в аморфном виде. Основные компоненты обсидиана — это кварц (25–35%) и полевой шпат (60–65%). Кроме того, он содержит слюду (5–10%), роговую обманку и биотит (5–10%). Твердость обсидиана по шкале Мооса — 5 единиц из 10. К сравнению, твердость платины и стали — от 4 до 4,5 единицы, — рассказывает Регина Ларионова.

Факт 4. Древние люди использовали вулканическое стекло для ремесла

По словам эксперта, если рассматривать применение обсидиана в историческом разрезе, например, в период палеолита, то из него изготавливали ритуальные клинки, колющие и режущие орудия труда: скребки, ножи, наконечники стрел и копий. Также можно найти записи о его применении в украшениях и декоративной скульптуре. В те времена обсидиан добывался с помощью абразивов (мокрый песок, мокрый корунд) и лучкового сверла.

В настоящее время из-за высокого содержания кремнезема и низкой вязкости этот материал нашел свое применение при производстве оптоволоконных кабелей. В промышленности его используют как добавку для портландцемента — смеси для различных видов бетонов, строительных растворов, сухих строительных смесей для возведения бетонных и железобетонных конструкций. В медицине применение обсидиану нашли при изготовлении скальпелей.

Кроме того, камень используется для создания украшений и декоративных элементов.

Факт 5. Стеклобой используют для создания современного стекла

Стекло состоит из молекулярной сетки диоксида кремния, в которой чередуются кремний и кислород.

— Сейчас стекло изготавливают из натурального сырья. Это диоксид кремния, известняк и кальцинированная сода. Их плавят при температуре в 1728 градусов Цельсия. Чтобы добиться хорошей светопропускной способности материала, его поверхность тщательно полируют и добавляют меньше примесей, также уменьшают количество полостей внутри в процессе плавки, — говорит Регина Ларионова, старший преподаватель кафедры строительного инжиниринга и материаловедения ПНИПУ.

В зависимости от будущего назначения стекла, при его производстве могут добавлять доломит, известняк, стеклобой и прочие химикаты. Например, доломитовая мука увеличивает прозрачность, снижает коэффициент расширения, уменьшает рабочую температуру при формовке и обеспечивает устойчивость к влиянию химических реагентов.

Функция известняка — это введение оксида кальция, который способствует химической стойкости и долговечности материала. Использование стеклобоя снижает потребление энергии и выбросы углекислого газа (в самом производстве). Соду добавляют, чтобы снизить степень нагревания вещества и добиться его особой плавкости.

Факт 6. Не все стекло можно отправить на переработку

По словам эксперта, существует несколько видов стекла, которые не могут быть переработаны и повторно использованы. Это связано с их особым составом и структурой.

Стекло с высоким содержанием оксида свинца
Этот тип стекла используется для создания хрусталя и отличается своей прозрачностью и блеском. Однако из-за выделения опасных газов при попытке его переплавки, оно не может быть переработано и утилизируется как бытовой отход.

Светочувствительное или фоторезистивное стекло
Этот тип используется в электронике для создания интегральных схем и в качестве слоя на пленках или дисках CD/DVD/Blu-ray. Однако он содержит элементы серебра, что делает его непригодным для переработки.

Керамическое стекло
Этот материал содержит оксид циркония и другие металлы. Он используется для производства кухонной посуды, такой как жаропрочные сковородки, противни для запекания или тарелки. Это стекло не может быть переплавлено из-за большого количества добавок.