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.
Эксперт ПНИПУ рассказал об удивительных фактах про стекло / © Clément Philippe, Unsplash
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.
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.
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.
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.
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.
По словам эксперта, существует несколько видов стекла, которые не могут быть переработаны и повторно использованы. Это связано с их особым составом и структурой.
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.
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.
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.
