Квазиаморфность
Как правило, говоря о стекле, мы имеем в виду стекло неорганическое- квазиаморфную твердую структуру. Зачастую мы слышим такое определение как «кристаллическая решетка стекла», что совершенно неверно. На самом деле, это некое стеклообразное состояние вещества, полученное при отверждении переохлажденной жидкости. Кстати, в стеклообразное состояние могут переходить совершенно различные вещества: солеобразные расплавы, расплавы чистых оксидов и их смесей в различных вариантах и т. д. В стеклообразном состоянии легко могут быть получены и многие органические структуры. Стекла легко образуются водными растворами многих солей и их смесей. В настоящее время известны металлические стекла, полученные особо быстрым охлаждением сплавов разных металлов.
Впервые пристальное внимание на связь свойства стекла и его химического состава обратил М.В. Ломоносов, а Д. И. Менделеев предвидел полимерное строение диоксида кремния или кремнезема(SiO2), что повлияло на дальнейшую теорию и практику стекольного дела.
Все твердые тела, известные миру, находятся в одном из двух состояний: в кристаллическом или аморфном (стекловидном). И если первые при остывании кристаллизуются, получая структурированную решетку, то стекловидные вещества при охлаждении затвердевают, не кристаллизуясь и образуя несимметрично связанные между собой отдельные группы. Стекловидные и кристаллические вещества имеют целый ряд отличительных признаков:
Итак, под стеклом мы понимаем аморфное вещество, получающееся при переохлаждении расплава (невзирая на его состав и температурную область затвердевания) и приобретающее механические свойства твердых тел в процессе постепенного увеличения вязкости или при переходе из жидкого состояния в стеклообразное. Этот процесс является обратимым.
Состав стекла
Традиционно составы стекол описывают в процентах по массе оксидов, входящих в данный материал. Например, состав натрий-кальциевого стекла (охватывает около 90 % всего получаемого в мире стекла) может выглядеть следующим образом:
Каждый из современных видов стекла в зависимости от функциональных особенностей должен иметь заданные свойства. Эти свойства обеспечиваются различными добавками, например, оксидами различных металлов (в основном щелочных и щелочноземельных). Скажем, если нам необходимо стекло, устойчивое к перепадам температуры, то можно использовать оксид борной кислоты В2О3, который понижает коэффициент теплового расширения материала. Также вместо Nа2O можно использовать К2О, а вместо СаО могут присутствовать PbO, ZnO, MgO, BaO. Надо отметить, что свинец повышает показатель преломления стекла, поэтому его применяют в производстве чистого, кристально прозрачного, превосходно преломляющего солнечные лучи художественного стекла. Зачастую в стекло добавляют глинозем Аl2О3 и диоксид серы SО2, которые повышают его химическую стойкость и тугоплавкость.
Можно сказать, что современные производители различных видов стекла применяют на практике почти всю таблицу Менделеева.
Зависимость физики от химии
Как было уже сказано выше, из- за своей высокой химической устойчивости, доступных компонентов сырья и низкой стоимости наиболее широко распространено силикатное стекло (имеющее в основе SiO2). Пример зависимости физических и химических свойств от некоторых компонентов, входящих в состав стекла, демонстрируется в следующей таблице:
