Стекло представляет собой аморфную (не кристаллическую) очень густую массу. Её получают спеканием различных солей металлов. Главным образом, в химический состав стекла входят соли щелочных, щелочноземельных металлов (Na, K) и их оксиды. Обычный речной песок состоит из этих же оксидов металлов и некоторых неметаллов, например в состав кварцевого стекла входит оксид кремния SiO2Обычное оконное стекло — это силикат состава Na2O•CaO•6SiO2.
Иногда в стекле возникают области кристаллизации, что приводит к потере прочности. Получают стекло сплавлением кварцевого песка SiO2, известняка СаСО3 и соды Na2CO3:
Процесс осуществляют в печах при температуре 1100—1600 °С, после чего образовавшуюся стекломассу постепенно охлаждают. Обычное стекло размягчается при температуре 500—600 °С. Есть ещё так называемое природное стекло, которое носит название "обсидиан". Это вещество широко применяется в ювелирных украшениях.
В технике и медицине широко применяется кварцевое стекло.В отличии от обычного оконного оно пропускает ультрафиолетовые лучи.
Кварцевое стекло
Кварцевое стекло образуется при быстром охлаждении расплавленного кварца (кристаллического диоксида кремния SiO2). Кварцевое стекло обладает химической стойкостью и благодаря этому свойству применяется для изготовления лабораторной посуды. Кварц почти не расширяется при нагревании, поэтому, если раскалённое докрасна кварцевое стекло охладить под струёй холодной воды, то оно не растрескается.
Температуры плавления, которая характеризует тела кристаллического строения, у стекла не существует: размягчение по мере повышения температуры происходит постепенно. Вещества с подобными свойствами так и называются — стеклообразные или просто стёкла.
Доказательством того, что стекло - это очень вязкое аморфное тело, может служить замер толщины Вашего окна, который при желании можете провести дома. Попробуйте, замерьте его по толщине сверху и снизу, - если оно достаточно старое, то окажется не одинаковым (стекает вниз).
Вязкость стекла. Само понятие вязкость свойство жидкости (или газа) оказывать сопротивление перемещению отдельных слоёв друг относительно друга, а также перемещению твёрдого тела, помещённого в жидкость. В Международной системе единиц (СИ) вязкость имеет размерность Па•с, но на практике распространена внесистемная единица вязкости пуаз (П): 1 П = 0,1 Па•с. Она названа в честь французского физика Жана Луи Пуазейля (1799—1869). Оценки, основанные на определении вязкости разогретых выше 500 °С стёкол, дают для 20 °С значение 1021 П. Для сравнения: вязкость воды при 20 °С равна 0,01 П, глицерина — 15 П, смолы — примерно 108 П. Вязкость стекла по сравнению, например, со смолой - в 10 трлн. раз более вязкая жидкость, чем смола.
Стекло трудно однозначно отнести к одному из двух состояний материи — жидкому или твёрдому. Оно обладает свойствами твёрдых веществ, но в то же время имеет структуру жидкостей. Почему же при расплавлении и последующем охлаждении оно не кристаллизуется? Дело в том, что при его охлаждении вязкость возрастает очень быстро, и ионы не успевают перестроиться и образовать правильную кристаллическую решётку. Подобным же образом ведёт себя, например, глицерин, который трудно закристаллизовать (tпл=20°С). В стеклообразном состоянии можно получить даже металл, если его расплавить, а потом охладить с очень большой скоростью — миллионы градусов в секунду.
Тем не менее в специальных условиях стекло можно всё же получить и в кристаллическом состоянии. Такие материалы называются ситаллами. Они обладают ценными механическими, оптическими (в том числе цвет стекла) и электрическими свойствами, которые можно целенаправленно менять, изменяя их химический состав.
Введение в расплав определённых элементов позволяет получить различный цвет и изменить его свойства. Например, чтобы цвет стекла измелился на зелёный или жёлтый, вводя в расплав ионы хрома или его оксиды. Цвет стекла - оранжевый - получают с помощью добавления серебра; синий цвет придаёт кобальт Co. Бутылочный цвет или изумрудно-зелёнй - придаёт железо, медь – голубой и синий. При внесении в расплав ионов золота оно приобретает кроваво-красный цвет. При добавлении в жидкое стекло ионов бора получают высокопрочное стекло, используемое в химических лабораториях.
Особыми механическими свойствами обладает хрусталь, который отличается от обыкновенного наличием ионов свинца и бария.
Хрусталь
Хрусталь — разновидность стекла, содержащая значительное количество оксида свинца PbO, а также, возможно, окись бария BaO. Добавка оксида свинца увеличивает показатель преломления и дисперсию света в нём (с ювелирной точки зрения «игру цвета», «огонь»). Добавка оксида бария в основном увеличивает только показатель преломления. Добавка оксида свинца также увеличивает пластические свойства и, соответственно, возможности по обработке - огранке, резьбе и т.п.
Огранка хрусталя, подобно огранке драгоценных камней, позволяет хрусталю в полной мере проявить свойства, обусловленные большим показателем преломления и дисперсией. Название было дано по аналогии с горным хрусталем. Изготавливают сплавлением оксида свинца PbO с кремнеземом, соединением натрия или калия (содой или поташoм) и малыми добавками других оксидов. Свинцово-калиево-силикатные стекла дороже известковых, однако они легче плавятся и проще в изготовлении. Это позволяет использовать высокие концентрации PbO и низкие — щелочного металла — без ущерба для легкоплавкости. Высокое содержание PbO дает высокие значения показателя преломления и дисперсии — двух параметров, весьма важных в некоторых оптических приложениях. Те же самые характеристики придают свинцовым стеклам сверкание и блеск, украшающие самые утонченные изделия столовой посуды и произведения искусства.
Хрусталь — это свинцово-силикатное стекло, содержащее 13—30 % и более окислов свинца и до 17 % окислов калия. Из хрусталя производят высококачественную посуду и декоративные изделия. Оно обладает повышенной массой, прозрачностью, лучепреломляемостью и блеском, но меньшей термостойкостью по сравнению с другими его видами. Благодаря содержанию свинца и определённому подбору углов, образуемых гранями изделия из хрусталя отличаются необыкновенно яркой, многоцветной игрой света. Обладают красивым звоном. Хрусталем называется также высококачественное венецианское и чешское стекло. Стиль художественного стекла (хрусталь) — торжественно-парадный, сувенирно-подарочный. Способы обработки изделий из хрусталя: гравировка, огранка, резьба, шлифовка
Перейти на английский