Похвала цветному стеклу

М. Демина

Зеркальное, тонированное, оконное, витражное, хрустальное, армированное, пуленепробиваемое, светотехническое — вот далеко не полный перечень видов стекла, производимого сегодня. Мы пьем воду из стеклянных стаканов, храним продукты в стеклянных банках и бутылках, наслаждаемся хорошим вином, налитым в хрустальный бокал, спокойно ставим на огонь чайник, сделанный из термостойкого стекла — пирекса, смотрим на себя в зеркало, собираясь на работу, любуемся композициями из стекла мозаичными картинами в музеях, храмах и даже на станциях московского метро. Солнечные лучи освещают наши дома, свободно проходя сквозь оконное стекло. Зеленый глаз светофора весело подмигивает пешеходам, и машины послушно замирают около перехода. А если вдруг случится авария, стекло автомобиля — триплекс — не разлетится на осколки с острыми краями и не поранит пассажиров. В фотоаппаратах, биноклях, телескопах, микроскопах и лазерных прицелах используется особо прозрачное, просветленное оптическое стекло. Непременные атрибуты современной стройки — прочные легкие блоки из пористого стекла, стеклопакеты и стекловата, сберегающая тепло домов и труб с горячей водой. Стеклянные нити в волоконных линиях связи заменяют сотни тысяч тонн дорогой меди. Прочное кварцевое стекло было вставлено в иллюминаторы подводного аппарата, исследовавшего Марианскую впадину. Оно выдержало чудовищное давление океанской воды на глубине 11 км.

pic_2010_11_65.jpg
Иллюстрация: А. Суслов

Такое фантастическое разнообразие применений стекла стало достоянием человечества только в последние 150—200 лет. До середины XIX века стекло получали почти как в древности, расплавляя смесь кварцевого песка, известняка, соды и других добавок в огнеупорных тиглях: Na2CO3+CaCO3+6SiO2=Na2O·CaO·6SiO2+2CO2. Получавшийся силикат, застывая, превращался в неприглядную зелено-коричневую лепешку с видимыми пузырьками газа и непроплавившимися частицами внутри. Чтобы улучшить внешний вид, в исходную массу добавляли оксиды железа, меди, марганца, которые окрашивали его в приятные глазу тона: красный (Cu2O, Fe2O3), синий (CuO), голубой (FeO), фиолетово-пурпурный (Mn2O3). В Древнем Риме научились так подкрашивать стекло, что его было трудно отличить от драгоценных камней — изумруда, рубина, сапфира. Из остывающей стеклянной лепешки лепили, как из пластилина, сосуды для воды, чаши, маленькие флаконы. Из мелких кусочков делали ожерелья и разноцветные бусы. Никому не приходило в голову, что стекло может быть и прозрачным!

Стеклодувная трубка — гениальное изобретение древних римлян совершила переворот в стеклоделии. Мастер через трубочку дул на комок жидкого горячего стекла, и оно начинало расширяться, как мыльный пузырь. С помощью трафарета ему придавали форму тонкостенного кубка или бокала. Стеклянные изделия становились качественнее и чище.

Как показали раскопки, в Киевской Руси 900 лет назад уже существовали стеклоделательные мастерские. Были найдены огнеупорные горшки, наполненные застывшим стеклом, стеклянные бусы, кольца и браслеты. Первый русский завод по производству стеклянной столовой и аптекарской посуды был открыт в 1634 году. В царствование Елизаветы Петровны, в 50-е годы XVIII века, их было уже шесть. И сейчас поражают мастерством и тонкостью отделки дошедшие до нас рюмки, графины, ковши, забавные безделушки.

При Петре I было начато производство хрустальной посуды. Впервые хрусталь получили англичане в 1676 году, добавив в исходную смесь оксид свинца. Новое стекло было не только прозрачным и блестящим, но имело высокий показатель преломления света, «играло» на гранях. В 1756 году русский купец Аким Мальцев открыл хрустальную фабрику на Владимирской земле, на берегу реки Гусь. Звонкий, прозрачный мальцевский хрусталь, переливающийся, как ограненный алмаз, был признан сразу. Хороши были стаканы и бокалы «на каждый день», сделанные из хрустального стекла, более твердого, с голубоватым отливом и долгим прозрачным звоном. Оно отличается от хрусталя количеством оксида свинца: в хрустальном стекле его должно быть не более 10%. Если больше, это уже хрусталь. Современный мировой стандарт для хрусталя — 24%. А самый дорогой высокосвинцовый хрусталь содержит более 30% оксида свинца.

Цветным стеклом интересовался наш великий соотечественник М.В. Ломоносов. Он называл себя ученым-стекловаром. Более четырех тысяч стекол сварил он собственноручно. Работал Ломоносов упорно: «Прилагаю я возможные старания, чтобы стекла разных цветов делать и в том имею нарочитые прогрессы». Записи в его лабораторных журналах свидетельствуют, что он, изучая природу стекла, предвосхитил теорию окислительно-восстановительных и кислотноосновных соотношений в расплавах.

Стекло — твердое, аморфное (от греч. «аморфос» — не имеющий формы), однородное по консистенции вещество. Почему, остывая, оно не кристаллизуется, как, например, вода? Замерзая, вода превращается в лед, кристаллы которого видны практически невооруженным глазом. Со стеклом все происходит иначе. Оно застывает быстрее, чем успевают выстроиться кристаллы. Как говорят химики, «проскакивает» температуру кристаллизации. Это общее свойство переохлажденных, то есть очень густых, вязких жидкостей. Вязкость стекла необычайно высока, в десятки тысяч раз больше, чем у воды. Расплавленную стеклянную нить можно растягивать, закручивать, выгибать — порвать ее невозможно. Поэтому стекло выдувается, вытягивается в ленты и полосы, раскатывается, отливается в разнообразные формы с тончайшими деталями.

Все виды стекла прекрасно преломляют свет, что придает, в частности, цветному стеклу блеск и сияние драгоценного камня. Уникальные рубиновые звезды на башнях Московского Кремля сделаны из селенового рубина — ярко-красного стекла с добавками селена. Золотой шпиль на высотном здании МГУ тоже стеклянный. Ярко-желтое зеркальное стекло, покрытое изнутри тонким слоем алюминия, в солнечный день блестит не хуже золотого, а служить будет дольше.

Как это ни удивительно, самым трудным оказалось сделать простое оконное стекло. Долгое время оно не получалось прозрачным. В окна соборов вставляли картины из кусочков цветного стекла витражи. Хотя они и были полупрозрачными под лучами солнца, но света пропускали мало. Научившись делать прозрачное стекло, люди не знали, как вытянуть его в широкий цельный лист равномерной толщины. Усилиями ученых задачу решили только в середине XIX века. Но это уже другая история.

Разные разности
Липучка против трипсов
Химики ищут замену инсектицидам, подсматривая за тем, как разные растения сами защищаются от вредных насекомых. Некоторые растения выделяют липкие вещества из так называемых железистых волосков. К ним прилипают насекомые-вредители и погибают. Эта стр...
Этанол против гриппа
Во время пандемии ковида в соцсетях распространилось видео, на котором наш соотечественник демонстрировал свой метод лечения ковида — ингаляцию парами этанола. Но тогда над ним посмеялись и отмахнулись. Похоже — зря. Японские исследователи ...
Пишут, что...
…за последнее десятилетие плотность тихоокеанских устриц Magallana gigas в двух заливах Южной Калифорнии увеличилась в 32 раза, что совпадает с летним повышением температуры морской воды на 2–4°C… …пластырь с микроиглами против ...
Маскировка, подсказанная цикадой
Тело цикады покрывают брохосомы. Эти структуры отлично поглощают свет, тем самым помогая ей маскироваться от животных, глаза которых видят в том числе и ультрафиолетовый свет. Используя 3D-принтер, исследователи создали искусственные аналоги брохосом...