1. Что такое стекло?
2. Как изготавливается стекло?
3. Является ли стекло твердым ... или жидким?
4. Аморфные твердые вещества
5. Для чего мы используем стекло?

от Крис Вудфорд , Последнее обновление: 29 июня 2018 г.

Теперь вы видите это, теперь нет. Стекло - это немного загадка. Это достаточно сложно защитить нас, но оно разрушается с невероятной легкостью. Он сделан из непрозрачного песка, но полностью прозрачен. И, пожалуй, самое удивительное, он ведет себя как твердый материал ... но это также таинственная замаскированная жидкость! Вы можете найти стекло, где бы вы ни смотрели: в большинстве комнат в вашем доме будет стеклянное окно и, если не так, возможно, стеклянное зеркало ... или стеклянная лампочка. Стекло является одним из старейших и наиболее универсальных материалов, созданных человеком. Давайте узнаем больше об этом.

Фото: стеклянная загадка: как что-то прозрачное для света выглядит цветным? Цвета в этом стекле на самом деле не там! Стеклянные линзы преломляют (изгибают) световые лучи разных длин волн в разной степени, вызывая спектральный цвета, чтобы появиться. Это крупным планом Линза френеля с маяка.

Что такое стекло?

Фото: стекло можно использовать для переработки других материалов. Урановое стекло имеет необычный желто-зеленый цвет и светится ультрафиолетовый свет , Эти осколки стекла были изготовлены с использованием отработанного урана, полученного в результате очистки завода по переработке урана в Фернальде около Цинциннати, штат Огайо, США. Витрификация (превращение материала в стекло) является одним из способов безопасной утилизации ядерных отходов. Фото любезно предоставлено Министерство энергетики США ,

Хотите верьте, хотите нет, стекло сделано из жидкость песок. Вы можете сделать стекло, нагревая обычный песок (который в основном сделан из диоксида кремния), пока он не растает и не превратится в жидкость. Вы не найдете такого на своем местном пляже: песок тает при невероятно высокой температуре 1700 ° C (3090 ° F).

Когда расплавленный песок остывает, он не превращается в мелкий желтый материал, с которым вы начали: он подвергается полной трансформации и приобретает совершенно иную внутреннюю структуру. Но не имеет значения, сколько вы охладите песок, он никогда не превращается в твердое тело. Вместо этого он становится своего рода замороженной жидкостью или материалами, которые ученые называют аморфным твердым веществом. Это как нечто среднее между твердым телом и жидкостью с некоторым кристаллическим порядком твердого тела и некоторой молекулярной случайностью жидкости.

Стекло является таким популярным материалом в наших домах, потому что оно обладает всевозможными полезными свойствами. Помимо прозрачности, он недорогой в изготовлении, его легко формовать, когда он расплавлен, достаточно устойчив к высокая температура когда он установлен, химически инертен (поэтому стеклянная банка не реагирует на то, что вы положили в него), и это может быть переработаны любое количество раз.

Как изготавливается стекло?

Работа: Упростить производство стекла: смешать и нагреть песок и переработанное стекло с карбонатом кальция и карбонатом натрия.

Когда американские ученые провели испытания прототипа атомной бомбы в пустыне Нью-Мексико в 1945 году, взрыв превратил песок в непосредственной близости от места удара в стекло. К счастью, существуют более простые и менее экстремальные способы изготовления стекла, но все они нуждаются в огромном количестве высокая температура ,

На коммерческом стекольном заводе песок смешивают с отходами стекла (из переработка отходов сборники), кальцинированная сода (карбонат натрия) и известняк (карбонат кальция) и нагреваются в печи. Сода снижает температуру плавления песка, что помогает сохранить энергия во время производства, но у него есть неприятный недостаток: он производит стекло, которое растворяется в воды ! Известняк добавляют, чтобы остановить это. Конечный продукт называется натриево-кальциево-силикатным стеклом. Это обычное стекло, которое мы можем видеть вокруг нас.

Фото: боросиликатное стекло, такое как этот кувшин PYREX® (сзади), может выдерживать экстремальные изменения температуры, в отличие от обычного стекла (лицевого), которое разрушается. Обычная стеклянная банка спереди немного тоньше и значительно легче. Вы также можете очень четко видеть, что боросиликатное стекло имеет слегка голубоватый цвет (как и оксид бора, из которого оно сделано).

После того, как песок расплавлен, его либо разливают в формы для изготовления бутылок, стаканов и других контейнеров, либо «всплывают» (выливают поверх большого чана с расплавом банка металл), чтобы сделать идеально плоские листы стекла для окон. Необычные стеклянные контейнеры до сих пор иногда изготавливаются путем «выдувания» их. «Глыба» (комок) расплавленного стекла оборачивается вокруг открытой трубы, которая медленно вращается. Воздух выдувается через открытый конец трубы, в результате чего стекло взрывается, как воздушный шар. С умелым выдуванием и поворотом могут быть сделаны все виды удивительных форм.

Производители стекла используют несколько иной процесс в зависимости от типа стекла, которое они хотят сделать. Как правило, другие химические вещества добавляются для изменения внешнего вида или свойств готового стекла. Например, железо а также хром основанные химикаты добавлены к расплавленному песку, чтобы сделать зеленоватое стекло. Духовка-доказательство боросиликатного стекла (широко продаются под торговой маркой Pyrex®) производится путем добавления оксида бора к расплавленной смеси. Добавление оксида свинца позволяет получить тонкое кристаллическое стекло, которое легче разрезать; ограненный свинцовый кристалл с высокой ценностью сверкает цветом, поскольку он преломляет (изгибает) свет, проходящий через него. Некоторые специальные виды стекла изготавливаются по другому производственному процессу. Пуленепробиваемые стекла сделан из бутерброда или ламинат из нескольких слоев стекла и пластика, соединенных вместе. Закаленное стекло, используемое в автомобильных ветровых стеклах, изготавливается путем очень быстрого охлаждения расплавленного стекла, чтобы сделать его намного тяжелее. Окрашенное (цветное) стекло получают добавлением металлических соединений к стеклу, когда оно расплавлено; разные металлы дать отдельным сегментам стекла их разные цвета.

Является ли стекло твердым ... или жидким?

Работа: Вверху: в обычном кристаллическом твердом теле атомы расположены аккуратно и предсказуемо. Внизу: в аморфном твердом теле, таком как стекло, расположение гораздо более случайное.

Это очень интересный вопрос.

Ответ - и то и другое! Существуют различные мнения о том, как относиться к таким материалам, как стекло, которые в некоторых отношениях похожи на жидкости, а в других - на твердые вещества.

В школах и в книгах мы склонны понимать, что все твердые тела имеют фиксированную структуру атомов.

На самом деле, существуют разные виды твердых тел, которые имеют очень разные структуры, и не все, что мы называем «твердыми», ведет себя точно так же. Подумайте о ком железо и кусок резинка , Совершенно очевидно, что они оба твердые, и все же резина сильно отличается от железа. Внутри резина и железо имеют свои атомы (в случае железа) и молекулы (в случае резины) расположены совершенно по-разному. Железо имеет правильную или кристаллическую структуру (как скалолазная рамка с атомами по углам), а резина - это полимер (сделан из длинных цепочек молекул, слабо связанных между собой). Или думать о воды , Как вы, возможно, обнаружили, вода является почти уникальным твердым веществом, потому что она расширяется с самого начала, когда она замерзает. Короче говоря, не все четко вписывается в наши представления о твердом теле, жидкости и газе, и не все твердые вещества, жидкости и газы ведут себя хорошо, аккуратно и легко объяснимо. Исключение составляют вещи, которые делают науку действительно интересной!

Аморфные твердые вещества

Вернемся к стеклу. Всматриваться через микроскоп внутри какого-то стекла, и вы найдете молекулы, из которых он сделан, расположены нерегулярно. Вот почему стекло иногда называют аморфным твердым веществом (твердое тело без регулярной кристаллической структуры, что-то вроде металл бы) Вы также можете увидеть стекло, описанное как «замороженная переохлажденная жидкость». Это еще один способ сказать, что «стекло - это жидкость, которая никогда не застывала», что является загадочным утверждением, которое вы иногда найдете в научных книгах. Мы могли бы сказать, что стекло немного похоже на жидкость и немного похоже на твердое тело. Он имеет внутреннюю структуру, которая находится где-то между структурой жидкости и твердого тела, с некоторым порядком твердого тела и некоторой случайностью жидкости.

Стекло отнюдь не единственное аморфное твердое вещество. Можно создать тип воды, называемый аморфным льдом, который можно охарактеризовать как промежуточный между твердым (вода) и жидким (лед). Вы делаете это, охлаждая воду очень быстро. Лед образуется так быстро, что у него нет времени на формирование своей нормальной кристаллической структуры. То, что вы получаете, выглядит как лед, но ведет себя в некотором смысле как жидкая вода. Другие вещества также могут быть превращены в аморфные твердые вещества. Солнечные батареи часто сделаны из чего-то, что называется аморфным кремнием.

Для чего мы используем стекло?

Стекло начинает ваш день с искры: взгляд на ваши часы, взгляд сквозь глазурь на солнце или дождь, хмурый взгляд в зеркале, песня из душа, когда вы моете воду, сочащуюся теплой водой из солнечные панели на крыше. Стаканы упаковывают стол для завтрака, который сам может быть изготовлен из копченого стекла, а также есть бутылки и банки всех форм и цветов. Готовя завтрак на кухне, вы можете использовать стеклокерамическая варочная панель или микроволновая печь с металлизированным окном, чтобы держать волны внутри. Может быть, вы смотрите теплые круассаны через дверцу печи Pyrex? (И это стеклянный чайник?)

Когда вы проверяете свою электронную почту за завтраком (плохая привычка), интернет-данные со скоростью света проникают в ваш дом через оптические волокна так же, как солнечный свет течет через теплоотражающие окна это держать тебя в покое. Вы читаете слова через стекло ЖК-панель вашего ноутбука или закаленное стекло гориллы вашего смартфона, заряженные солнечной энергией от фотоэлектрические панели на крыше. Говорящие головы бормочут на вас через ТВ Экран в углу.

Затем вы отправляетесь на работу или в школу, в стеклянную машину, автобус, поезд (возможно, даже вертолет сгорбившись под низкоэнергетические лампы покрыты стеклом, чтобы сделать их последними. Если вы едете на машине, шоссе, по которому вы ревете, может быть сделано из заполнителя и асфальта, включая переработанное стекло; даже белые полоски посередине используют крошечные стеклянные бусины, чтобы они сияли в ваших фарах. Может быть, вы заглядываете в банк или почтовое отделение на своем пути, улыбаясь в кассу позади нее пуленепробиваемый окно, как вы делаете быструю копию вашего водительского удостоверения (которое вы небрежно оставляете на стеклянной пластине фотокопировальное устройство ).

Фото: стекло приносит снаружи! Это замечательная Часовня Путников в Ранчо Палос Вердес, Калифорния, созданная Ллойдом Райтом (сын Фрэнка Ллойда Райта). Фото из коллекции фотографий Джона Б. Ловеласа из Калифорнии в американском проекте Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий ,

Если это современное здание, ваш офис или школа могут быть мини-стеклянным собором; мы думаем о стекле как о хрупком и хрупком, но ужесточаем его правильно, и из него можно сделать стены, полы, крыши и лестницы; магазины демонстрируют свои изделия через огромные ламинированные панели, отшлифованные до совершенства.

И это только крошечный выбор вещей, которые стекло делает для нас. Есть много мест, где вы найдете его скрытым от лампочек в термометры и металлокерамика пломбы в зубах до стекловолокно корпуса лодок, «наждачная бумага», которую мы используем для декорирования (часто это стеклянная бумага), и даже тензодатчики который предупреждает нас, когда здания трескаются. Ясный, чистый, привлекательный, нереактивный, дешевый, сильный и эффективный. Что еще тебе надо? Стекло - один из тех волшебных материалов, которые мы считаем само собой разумеющимся; везде и нигде - «невидимо прозрачно», поэтому мы даже не замечаем, что это там!

Похожие

Комментарии