Химические и физические свойства

Химические и физические свойства

Стекло – это синтетический материал, обладающий благодаря своим химическим и физическим свойствам замечательной податливостью. Хотя он и отличается твердым состоянием, тем не менее его считают жидкостью. Основной составляющей стекла является кварц, или диоксид кремния.

Температура плавления обычного кварцевого песка достигает 1700 °C. В этих экстремальных условиях кристаллическая решетка кварца нарушается и он превращается в вязкую тянущуюся жидкость. Дальнейшее охлаждение приводит к тому, что молекулы вещества не восстанавливают своего положения в кристаллической решетке, а, будучи в своем роде «замороженными», представляют собой довольно хаотичную структуру. Подобная структура имеет место в жидкостях, но в отличие от них молекулы в стекле перемещаться не могут. Из-за этой особенности оно прозрачно, что роднит его с жидкостями. У стекла отсутствует фиксированная структура и нет точки плавления, т. е. материал по мере нагревания становится мягким и медленно плавится.

Значительную часть любого стекла (до 80 %) составляет кварц. Материал можно варить из 1-го диоксида кремния, не добавляя никаких примесей, однако для успеха мероприятия требуется температура более 1700 °C. К тому же кварцевый песок, расплавившись, обретает настолько густую и вязкую консистенцию, что удалять из его массы воздушные пузырьки и формировать изделия достаточно сложно. Полученное таким способом стекло называют кварцевым. Основное преимущество его использования в том, что ему не страшны никакие температурные скачки. Применяется оно, как правило, в технических целях.

Чтобы стекло приобрело необходимые эксплуатационные качества, а температура плавления понизилась, в дело идут различные присадки, которые можно разделить на стабилизаторы, флюсы и вспомогательные добавки. Первые увеличивают прочность и устойчивость материала к химическим воздействиям, вторые уменьшают температуру варки, а третьи обеспечивают его специфическими свойствами, например оптической прозрачностью, требуемой цветовой гаммой, особыми характеристиками преломления и т. д.

Основным потребителем стекла в настоящее время является строительная индустрия. Подавляющее большинство изготавливаемого материала идет на остекление зданий, а также на обеспечение транспортных средств: автомобилей, железнодорожных вагонов, общественного транспорта. Оставшаяся часть уходит на различные бытовые изделия.

Самым распространенным является натриево-кальциевое стекло, в которое в качестве флюса добавляют соду, а стабилизатором служит известняк. На данный момент подавляющая часть всего изготавливаемого в мире стекла именно такая. Особые свойства прозрачности отличают калиевое стекло, в которое добавляют не соду, а углекислый калий. Использование вместо соды окиси свинца приводит к получению хрусталя. Путем добавления в субстанцию окислов металлов перед нагреванием или в процессе него можно изготовить цветное стекло.

Полученный из стандартных сырых компонентов материал отличается отсутствием окраски и наличием едва заметного желтовато-зеленого или голубовато-зеленого налета, появляющегося от разнообразных минеральных примесей. Если примешивать окислы металлов, то можно добиться прозрачного стекла (добавлением марганца) или окрашенного в разные цвета.

Железистые соединения придают стеклу различную окраску от желтого до красно-бурого и голубовато-зеленого цветов; окись марганца – от коричневого до фиолетового и желтого; окись урана – желтовато-зеленый; окись хрома – травянисто-зеленый; окись никеля – от фиолетового до серо-коричневого; окись кобальта – синий; окиси сурьмы или сульфида натрия – желтый цвет. Наверное, самый красивый желтый цвет получают с помощью коллоидного серебра, красный – окиси меди, а золотистый – добавлением коллоидного золота.