Дополнительный материал по химии на тему: «СТЕКЛО»

Дополнительный материал по химии на тему: «СТЕКЛО» История   стеклоделия   уходит   в   глубокую   древность.   Известно,   что   в Египте и Месопотамии стекло умели делать уже 6000 лет назад. Вероятно, стекло начали изготавливать позже, чем первые керамические изделия, так как для его производства требовались более высокие температуры, чем для обжига глины. Кроме того, если для простейших керамических изделий было достаточно только глины, то в состав стекла должно входить минимум три компонента. Изделия   из   стекла,   так   же   как   и   из   керамики,   практически   не подвергаются атмосферным воздействиям и хорошо сохраняются даже под слоем   земли.   Эти   изделия   оказались   важнейшими   документальными свидетельствами   далекого   прошлого.   Они   донесли   до   нас   бесценную информацию   об   уровне   культуры   и   техники   древних   народов.   Благодаря прочности   стекла   до   нашего   времени   дошли   величайшие   произведения искусства различных эпох. Из истории стеклоделия. Получение оконного стекла Несмотря   на   то,   что   возраст   стеклоделия   оценивается   в   6   тыс.   лет, прозрачное и бесцветное стекло люди научились варить лишь на пороге новой эры.   До   этого   производилось   непрозрачное,   окрашенное   в   различные   тона стекло   и   из   него   изготавливались   главным   образом   мелкие   изделия:   бусы, браслеты, пуговицы, кольца, печатки, шахматные фигуры и др. Стеклодувы античной   эпохи   начали   широко   применять   холодную   обработку   стекла: рельефную резьбу, гравировку, шлифовку.  Ученые предполагают, что оконное стекло вначале было цветным. Это объясняется тем, что бесцветное стекло получить было весьма непросто, так как сырье обычно содержит   различные примеси, которые придают стеклу окраску. Особенно часто в сырье присутствуют соединения железа.  Как   только   было   получено   прозрачное   стекло,   стеклоделы   стали стремиться изготовить из него оконные пластины.  Это   оказалось   весьма   непростым   делом.   Изготовить   полое   изделие довольно   сложной   формы   путем   выдувания   было   легче,   чем   получить листовое стекло. Эта задача была решена лишь к концу средневековья.  Впервые   оконное   стекло,   хотя   и   весьма   несовершенное,   появилось   на рубеже старой и новой эры летоисчисления у римлян. Однако после падения Римской   империи   секреты   его   производства   были   утеряны   и   в   начальный период   средневековья   в   Европе   оконного   стекла   не   знали.   Естественно возникает вопрос: а что же было в окнах? Часто окна закрывались сплошными деревянными ставнями. В теплые дни они открывались, впуская дневной свет внутрь помещения. В иное время окна закрывались и помещение освещалисвечами.   В   России   свечи,   которые   были   дороги,   часто   заменяли   горящей лучиной. В   некоторых   дворцах,   парадных   зданиях   и   культовых   сооружениях Европы   в   мелкие   ячейки   оконных   проемов   вставляли   пластинки   слюды, которые   ценились   очень   дорого.   В   домах   простых   людей   для   этой   цели использовались бычий пузырь и промасленная бумага или ткань. В середине XVI   в.   даже   во   дворцах   французских   королей   окна   закрывались промасленным полотном или бумагой. Лишь в середине XVII в. при Людовике XIV  в  окнах  его  дворца   появилось  стекло   в виде  маленьких  квадратиков, вставленных в свинцовый переплет.  Как уже было сказано, римляне научились изготовлять оконное стекло в I в.  до   новой   эры.   Они   делали   это   путем   отливки   и   раскатывания   жидкого стекла в форму в виде противня, который изготавливался из глины. Отливки извлекались   из   формы   еще   в   горячем   виде,   пока   стекло   сохраняло пластичность. Таким способом получали оконное стекло толщиной около 10 мм и площадью до 0,5 м2. Поскольку прилегающая к форме сторона листа оказывалась шероховатой, то стекло не было достаточно прозрачным. Новый способ производства оконного стекла был разработан несколько столетий   спустя,   то   есть   в   средние   века.   Этот   способ   принципиально отличался от древнеримского: стекло получалось не отливкой, а выдуванием. Вначале выдували шар, который раскатыванием на плитке и размахиванием в воздухе превращался в подобие большой ампулы. После отрезания верхней и нижней   части   получался   цилиндр.   Последний   разрезался   вдоль   твердым минералом и на раскаленной глиняной плите разглаживался в лист деревянной гладилкой. Стекло получалось довольно тонким, хотя и небольшого размера. Сторона,   прилегавшая   к   плите   при   разглаживании,   также   получалась шероховатой, а значит, стекло опять же было недостаточно прозрачным. На  территории   древнеславянского  государства   археологи  многократно находили  фрагменты  стеклянных  кругов диаметром 200–250  мм  с хорошо заделанными   кромками.   Ученые   сходятся   во   мнении,   что   эти   стеклянные круги служили для остекления окон крупных общественных зданий, например храма Киевской Софии и других церквей домонгольской Руси. Считают, что способ их производства сводился к следующему: в форме выдувался сосуд, похожий   на   конусообразный   графин;   дно   этого   «графина»   обрезалось,   а кромка завертывалась. В   конце   средневекового   периода   в   Европе   начали   широко   применять «лунный»  способ   изготовления   листового   стекла.  В  его   основу   также   был положен метод выдувания. При этом способе вначале выдувался шар, затем он сплющивался, к его дну припаивалась ось, а около выдувательной трубки заготовка обрезалась. В результате получалось подобие вазы с припаянной ножкой­осью. Раскаленная «ваза» вращалась с большой скоростью вокруг оси и под действием центробежной силы превращалась в плоский диск. Толщина такого диска была 2–3 мм, а диаметр доходил до 1,5 м. Далее диск отделялсяот оси и отжигался. Такое стекло было гладким и прозрачным. Характерная его особенность – наличие в центре диска утолщения, которое специалисты называют «пупком».  Лунный способ производства сделал листовое стекло более доступным. Однако   на   смену   ему   уже   в   начале   XVIII   в.   пришел   другой,   более совершенный «халявный» способ, который использовался во всем мире почти в   течение   двух   столетий.   По   существу,   это   было   усовершенствование средневекового   способа   выдувания,   в   результате   которого   получался цилиндр. «Халявой» называли формируемую массу стекла на конце выдувной трубки. Ее масса доходила до 15–20 кг, и из нее в итоге получались листы стекла площадью до 2–2,5 м2. Этот   способ   позволил   получать   оконное   стекло   хорошего   качества   и относительно   недорогое,   что   сделало   его   доступным   для   широких   слоев населения.   Таким   образом,   проблема   светлого   и   теплого   жилища   была разрешена лишь в XVIII в. Это было достигнуто трудом многих поколений стеклоделов в течение двух тысячелетий. Однако   «халявный»   способ   трудно   поддавался   механизации,   а потребности  в  оконном стекле  росли быстрыми   темпами.  Поэтому поиски новых   способов   продолжались,   и   в   результате   в   начале   XX   в.   в промышленность был внедрен механизированный процесс получения оконного стекла. В основе его лежало наблюдение американца Кларка, сделанное в первой половине XIX в. Оно состояло в том, что если на поверхность жидкого стекла положить   железный   стержень   («приманку»),   а   затем   поднимать   его,   то стеклянная масса приварится (приклеится) к стержню и потянется за ним в виде полотна. При остывании на воздухе получается стеклянный лист. Однако он   получался   не   с   параллельными   кромками,   а   в   виде   клиновидного полотнища.  Следующим шагом на пути разработки механизированного способа было изобретение   бельгийца   Фурко.   Он   предложил   положить   на   поверхность расплавленной массы керамический брус («лодочку») с продольной щелью. Керамика   легче   расплавленной   стеклянной   массы,   и   потому   «лодочка» плавает   на   поверхности.   Если   нажать   на   нее,   то   расплавленная   масса выдавливается из щели. На нее опускают «приманку» и тянут вверх. Если скорость   подъема   приманки   будет   равна   скорости   выдавливания стекломассы,   то   получится   правильное   полотнище   с   параллельными кромками. Дальнейшее завершение решения проблемы носит чисто технический и конструкторский   характер   –   устанавливаются   подъемные   валики, холодильник и другие приспособления. Толщина листа зависит от скорости подъема и скорости охлаждения листа. Современные способы обработки стеклаИз   сказанного   видно,   каких   усилий   стоило   человечеству   получение прозрачного стекла. Однако в некоторых деталях промышленного и бытового интерьера   необходимо,   чтобы   стекло,   наоборот,   было   непрозрачным,   но пропускало   свет.   Стекло   для   таких   целей   подвергают   пескоструйной обработке   или   грубой   шлифовке.   В   настоящее   время   с   этой   же   целью изготавливают   узорчатое   листовое   стекло,   то есть   имеющее   какой­либо рисунок. Его получают прокатом на столах или между вальцами, на которые нанесен рисунок. Мелкие   стеклянные   изделия   делают   матовыми   обработкой фтороводородной   (плавиковой)   кислотой.   Последняя   взаимодействует   с диоксидом кремния, находящимся на поверхности, с образованием летучего тетрафторида кремния SiF4 в соответствии с уравнением: SiO2 + 4HF = SiF4 + 2Н2О В   настоящее   время   получили   распространение   очки   со   стеклами, которые   при   освещении   темнеют,   а   в   отсутствие   интенсивного   освещения вновь становятся бесцветными. Такие стекла называются фотохромными и применяются   для   защиты   от   солнца   сильно   остекленных   зданий   и   для поддержания постоянной освещенности помещений, а также на транспорте. Фотохромные   стекла   содержат   оксид   бора   В2О3,   а   светочувствительным компонентом является хлорид серебра AgCl в присутствии оксида меди (I) Сu2О.   При   освещении   происходит   процесс   разложения   хлорида   серебра. Выделение   атомарного   серебра   приводит   к   потемнению   стекла.   В темноте реакция протекает в обратном направлении. При этом оксид меди (I) играет роль своеобразного катализатора. Хрусталь,  хрустальное   стекло  –  это   силикатное  стекло,  содержащее различное   количество   оксида   свинца.   Часто   на   маркировке   изделия указывается   содержание   свинца.   Чем   больше   его   количество,   тем   выше качество   хрусталя.   Хрусталь   характеризуется   высокой   прозрачностью, хорошим   блеском   и   большой   плотностью.   Изделия   из   хрусталя   в   руке чувствуются по массе. Строго   хрусталем   называют   свинцово­калиевое   стекло.   Хрустальное стекло, в котором часть К2О заменена на Nа2О, а часть РbО заменена на СаО, МnО, ВаО или ZnO, называют полухрусталем. Посуда из стекла. Качество посуды зависит от состава стекла, способа ее выработки и характера декоративной обработки. Самым дешевым стеклом является кальциево­натриевое. Для посуды улучшенного качества используют кальциево­натриево­калиевое   стекло,   а   для   посуды   высших   сортов   – кальциево­калиевое. Самые лучшие сорта посуды изготавливают из хрусталя. Посудные   изделия   вырабатывают   выдуванием   или   прессованием. Выдувание, в свою очередь, бывает машинным и ручным. Способ вработки, естественно,   отражает   на   качестве   посуды.   Сложные   по   форме   и художественные   изделия   изготавливают   только   ручным   способом.Прессованные   изделия   легко   отличаются   от   выдувания   характерными мелкими   неровностями   на   поверхности,   в   том   числе   и   на   внутренней.   На выдутых изделиях они отсутствуют.  Декоративная обработка посуды подразеделяется на матирование,  гравированние, травление и шлифовку.