Не твердое и не жидкое: ученый ПНИПУ поделился удивительными фактами о стекле. Узнайте, что делает этот материал уникальным!

Факт 1. Стекло – ни твердое, ни жидкое

В отличие от твердых материалов, таких как соль или кварц, стекло не имеет упорядоченной кристаллической структуры. Атомы в нем расположены хаотично, как в жидкостях. При этом материал обладает крайне высокой вязкостью, что означает, что его молекулы перемещаются очень медленно относительно друг друга.

«Да, материал имеет некоторые черты, схожие с жидкостью, но его низкая текучесть делает его твердым. Называть стекло жидкостью не совсем корректно. Более точным будет термин «аморфное твердое тело» или «стеклообразное состояние», — объясняет Регина Ларионова, старший преподаватель кафедры строительного инжиниринга и материаловедения ПНИПУ.

Факт 2. Стекло не проводит электричество

Твердое стекло считается диэлектриком — веществом, не имеющим свободных зарядов: все они связаны с нейтральными молекулами.

«Для электропроводности необходимы подвижные носители заряда, такие как ионы. В застывшем состоянии их нет. Однако материал может накапливать электрический заряд. В расплавленном состоянии стекло легко проводит электричество, поскольку молекулы могут свободно перемещаться», — уточняет эксперт.

Факт 3. Вулканическая лава – предшественник стекла

Пористая пемза и полудрагоценный обсидиан — это примеры застывшей лавы, или вулканического стекла. В них, как и в жидкостях, отсутствует характерная для кристаллических веществ упорядоченная структура атомных группировок. Благодаря такому строению природные стекла, в частности обсидиан, могут образовывать при ударе тонкие острые осколки, которые легко обрабатываются.

«Обсидиан и драконий камень из «Игры престолов» — это одни из первых неорганических материалов, освоенных человеком. Предшественник силикатного стекла представляет собой быстро застывшую вулканическую лаву в аморфной форме. Основные компоненты обсидиана — кварц (25–35 процентов) и полевой шпат (60–65). В нем также содержатся слюда (5–10), роговая обманка и биотит (5–10). Твердость обсидиана по шкале Мооса составляет 5 единиц из 10. Для сравнения, твердость платины и стали — от 4 до 4,5 единиц», — добавляет Регина Ларионова.

Факт 4. Древние люди использовали вулканическое стекло в ремеслах

По словам эксперта, если рассматривать использование обсидиана в исторической перспективе, например, в период палеолита, то из него изготавливали ритуальные клинки, а также колющие и режущие инструменты: скребки, ножи, наконечники стрел и копий. Также существуют упоминания о его применении в украшениях и декоративной скульптуре. В те времена обсидиан добывался с помощью абразивов (мокрый песок, мокрый корунд) и лучкового сверла.

Сегодня, благодаря высокому содержанию кремнезема и низкой вязкости, этот материал используется для производства оптоволоконных кабелей. В промышленности его применяют как добавку для портландцемента — смеси для различных видов бетонов, строительных растворов и сухих смесей для возведения бетонных и железобетонных конструкций. В медицине обсидиан находит применение при изготовлении скальпелей.

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

Факт 5. Стеклобой применяется для производства современного стекла

Стекло состоит из молекулярной сетки диоксида кремния, в которой чередуются атомы кремния и кислорода.

«Сегодня стекло изготавливают из натурального сырья, включая диоксид кремния, известняк и кальцинированную соду. Эти компоненты плавят при температуре 1728 градусов Цельсия. Чтобы добиться хорошей светопропускной способности, поверхность материала тщательно полируют и уменьшают количество примесей, а также количество полостей в процессе плавления», — объясняет Регина Ларионова, старший преподаватель кафедры строительного инжиниринга и материаловедения ПНИПУ.

В зависимости от назначения стекла, в процессе его производства могут добавляться доломит, известняк, стеклобой и другие химикаты. Например, доломитовая мука увеличивает прозрачность, снижает коэффициент расширения, уменьшает рабочую температуру при формовке и повышает устойчивость к химическим реагентам.

Функция известняка заключается во введении оксида кальция, который способствует химической стойкости и долговечности материала. Использование стеклобоя снижает потребление энергии и выбросы углекислого газа в процессе производства. Соду добавляют для снижения температуры плавления и достижения особой плавкости.

Факт 6. Не все стекло подлежит переработке

По словам эксперта, существует несколько типов стекла, которые не могут быть переработаны и повторно использованы из-за их специфического состава и структуры.

Стекло с высоким содержанием оксида свинца

Этот тип стекла используется для производства хрусталя и отличается высокой прозрачностью и блеском. Однако из-за выделения опасных газов при попытке переплавки оно не подлежит переработке 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 серебро, 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 и тарелки. Это стекло не может быть переплавлено из-за большого количества добавок.