Не твердое и не жидкое: ученый ПНИПУ рассказал об удивительных фактах про стекло
Что изготавливали древние люди из драконьего камня из «Игры престолов», почему стекло называют аморфным телом, что с ним будет происходить при температуре свыше 1700 градусов Цельсия, зачем в него добавляют соду, правда ли, что обсидиан тверже платины и из чего состоит настоящее вулканическое стекло? Об этом рассказал эксперт 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 процентов) 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.
Сегодня 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.
Telegram 
Дзен 
VK Провинция Цзянсу была процветающим центром медицинской практики в Китае во времена династии Мин (1368-1644 годы нашей эры). Микроскопический анализ крошечных частиц на поверхности хирургических ножниц и пинцета из гробницы китайского врача помог выявить следы вещества, получаемого из ядовитого растения, которое, по мнению исследователей, применялось как местная анестезия во время операций.
Сотрудники Центра языка и мозга НИУ ВШЭ приняли участие в редкой для детской нейрохирургии операции с пробуждением у 11-летнего пациента с фармакорезистентной эпилепсией. Совместно с врачами НПЦ специализированной медицинской помощи детям имени В.Ф. Войно-Ясенецкого в Солнцево они сопровождали удаление участка левой височной доли, где был выявлен эпилептический очаг.
Анализ ДНК и изотопный анализ зубов показали, что мужчина генетически был связан с саамскими популяциями, но часть жизни провел за пределами Финляндии — возможно, в Исландии. Авторы нового исследования пришли к выводу, что на рубеже XVI-XVII веков саамские сообщества не были изолированы, как предполагали многие исследователи. Люди путешествовали на далекие расстояния и поддерживали контакты с дальними регионами Северной Атлантики.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Ученые РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина предложили подход к отбору малодебетных нефтегазовых месторождений, которые составляют около 88% нераспределенного фонда нефтяных участков. Модель расчета поможет вовлечь в экономический оборот от 400 до 600 миллионов тонн ранее нерентабельных запасов.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно