Стекло — твердое вещество

8 Ноя
2011

Изобретение стекла стало важным моментом в истории сразу нескольких древних цивилизаций. Считается, что впервые стекло было получено в древнем Египте около 5000 лет назад, другие древние народы также знали о стекле — кто-то «додумался» до него сам, а кто-то позаимствовал рецепты его приготовления у соседей. Но как бы то ни было, а стекло — твердый, прочный, прозрачный и достаточно пластичный материал — сыграло немалую роль в развитии человеческой цивилизации, служа достижению декоративных и чисто практичных целей.
Кстати, наши предки нисколько не сомневались в том, что стекло действительно твердо, хотя и обладает хрупкостью. Да и мы привыкли думать, что стекло, с физической, химической и структурной точки зрения, мало отличается от обычного камня, куска железа или дерева. Однако это глубокое заблуждение, так как обычное стекло — жидкость с огромной вязкостью.
Почти все окружающие нас твердые тела являются кристаллами. Металлы, большинство полимеров, природные минералы, соль и сахар, даже замерзшая вода — все это и многое другое состоит из мельчайших кристаллов самой разной структуры. Здесь необходимо сразу сделать важное замечание. Кристаллические тела — это не только те красивые драгоценные камни, играющие на свету всеми цветами радуги, но и любые другие тела, в которых атомы, ионы или молекулы «упакованы» с вполне определенной закономерностью, составляя так называемую кристаллическую решетку.

Однако среди твердых веществ и тел есть и такие, которые вовсе не являются кристаллами, то есть атомы или молекулы в них расположены беспорядочно, без видимой закономерности. Такие тела принято называть аморфными и, несмотря на то, что они являются твердыми, их структура максимально близка к жидкости. Структура аморфных тел и веществ определяет их свойства, которые действительно совпадают со свойствами жидкости, правда, с некоторыми оговорками.

Как известно, самое обычное стекло может быть получено расплавлением трех веществ: оксида кремния (обычного песка), соды и извести (либо поташа). Эти компоненты в определенных пропорциях смешиваются и доводятся до температуры примерно 1400 °C. Смесь плавится, образуя стекловидную прозрачную массу, из которой можно изготавливать различные предметы. При этом у стекла есть особенность — чем выше температура, тем менее вязким оно становится, теоретически его можно сделать таким же жидким, как вода.

Интересно, что при охлаждении стекла оно начинает не просто затвердевать, а увеличивать свою вязкость, то есть даже при обычных, комнатных температурах самое обыкновенное оконное стекло остается жидкостью, но очень и очень вязкой — она продолжает течь, но со скоростью, едва различимой самыми чувствительными приборами.

Существуют аморфные вещества, внешне твердые, но с вязкостью, гораздо меньшей, чем у стекла. В частности, это сургуч, сапожный вар (или корабельная смола), естественные смолы некоторых растений и т. д. Если взять небольшую емкость с тем же сургучом и положить на его поверхность монетку, то через определенное время (на это может уйти несколько месяцев) монетка окажется на дне емкости. Предмет под действием тяжести с очень медленной скоростью пройдет сквозь слой сургуча, при этом сам сургуч останется таким же твердым и хрупким. Теоретически такой опыт можно провести и со стеклом, однако в этом случае придется ждать сотни и тысячи лет, но и по истечении этого срока монетка вряд ли окажется внутри стекла.

Дело в том, что стекло имеет склонность к расстекловыванию или, проще говоря, кристаллизации: стекло из вещества аморфного превращается в вещество кристаллическое, при этом оно становится мутным, теряет прозрачность, прочность и пластичность. Однако, для того чтобы такое случилось с обычным стеклом в окне, должно пройти слишком много времени.

Так что стекло, хотя и является твердым, относится к веществам аморфным и, как это ни удивительно, обладает свойствами жидкости. Но, к счастью, вязкость этой жидкости настолько велика, что она течет медленно даже по историческим меркам.


 

Комментарии:

наверх