СТЕКЛО. Его тайны и магия

ИЗ СЕРДЦА ВУЛКАНА
Посмотрите, как много вокруг стекла: о́кна домов и машин, витрины магазинов, посуда, люстры, сувениры… А знаете ли вы, что первое стекло использовали уже в каменном веке? Только создано оно было не человеком, а природой. И выглядело совсем по-другому: тёмное, непрозрачное, похожее на камень с острыми ско́лами. Как же оно появилось? А вот как. Во время извержения вулкана раскалённая лава попадала на холодную землю и ещё до того, как успевала кристаллизоваться, быстро остывала. Только при таких условиях получался обсидиан — вулканическое стекло. Древние люди заметили, что обсидиан хорошо режет, и стали делать из него скребки, ножи, наконечники для стрел и копий. Правда, материал этот был очень хрупкий. Поэтому обрабатывали его с осторожностью. Позднее вулканическое стекло стали использовать для украшений, каменных зеркал, амулетов и ритуальных фигурок.
Обсидиан есть и сейчас. В России его добывают на Дальнем Востоке и на Кавказе, в местах, где есть вулканы. Из него создают украшения, вазы, статуэтки, столешницы, сувениры. Нужен обсидиан и в строительстве (для теплоизоляции), и в медицине (для хирургических скальпелей). Люди верят, что вулканическое стекло хранит в себе целебную и магическую силу. Поэтому делают из него обереги и даже шары для гаданий.

НЕМНОГО ИСТОРИИ
Самые древние археологические находки из стекла были изготовлены примерно в третьем тысячелетии до нашей эры. Найдены они на территориях Древнего Египта и Месопотамии. Поэтому учёные уверены, что именно там впервые было создано искусственное стекло. Скорее всего, произошло это случайно — смесь песка и соды попала на глиняную посуду или плиты перед обжигом, И получилась стеклянная глазурь. Позже её стали варить отдельно, примешивая красители и другие вещества. Так глазурь стала стеклом, из которого начали делать бусины, печати и небольшие сосуды.
Первый в мире стекольный завод был построен в Александрии (портовом городе Египта), примерно 250 лет до нашей эры.
А в начале первого века нашей эры сирийские мастера изобрели стеклодувную трубку. Идею тут же переняли римляне и начали активно развивать стекольное производство. Удивительно, но спустя тысячелетия устройство и принцип действия трубки мало изменились.
В конце 13 века стеклодувные мастерские появились на острове Мурано (Венеция). Там производили изящную тонкостенную посуду и бижутерию. Венецианское стекло в то время высоко ценилось. Поэтому в 15-16 веках остров Мурано стал главным центром стеклоделия в Европе.
На Руси небольшие стекольные мастерские появились в 11 – 13 веках. В них делали бусы, браслеты, смальту для мозаики и погремушки. Но в 1240-х годах на Руси началось монголо-татарское иго, которое продлилось целых 240 лет! Оно остановило развитие стеклодувного ремесла на несколько столетий. Поэтому первый стекольный завод в России появился лишь в 17 веке. Построили его в 1639 году, при царе Михаиле Фёдоровиче Романове, в селе Духанино. А в 1668 году начал работать Измайловский завод.
При Петре I стекольное дело стало быстро развиваться. Для обучения русских мастеров он привозил стеклодувов из Европы. Начиная с 1703 года, по приказу Петра I открылось несколько крупных заводов по производству зеркал, посуды и оконных стёкол.
В 18 веке великий русский учёный Михаил Ломоносов разработал рецептуры изготовления цветного стекла. Многие из них применяются и сейчас.
В 20 веке в нашей стране было налажено массовое стекольное производство, особенно в 1970–1980-е годы.
Сейчас предметы из стекла есть у каждого из нас дома. Они широко применяются в разных сферах жизни человека.

СЕКРЕТЫ ПРОИЗВОДСТВА
Для того чтобы получилось прозрачное стекло, нужно взять чистый кварцевый песок, известь, соду и всё тщательно перемешать. Такая смесь называется «шихта». Песка в ней должно быть много, примерно 70-75 %. Иногда в смесь добавляют ещё мел, доломиты, полевой шпат или другие вещества. Всё взвешивают на весах, с точностью до грамма. Готовую шихту отправляют в печь. Температура в ней высокая — примерно 1500 ° C. Сухая смесь начинает плавиться и превращается в жидкую стеклянную массу. Думаете, готово? Нет. Теперь её нужно долго варить, постоянно смотреть за тем, чтобы температура и давление в печи не менялись.
Из готовой горячей стекломассы могут сделать листовое плоское стекло (для окон, витрин и фасадов), упаковочную тару (банки, бутылки) или предметы быта. Все изделия обязательно проходят проверку на качество и безопасность. Особенно строго смотрят, как получилась посуда и тара для продуктов. Если, например, внутри новой бутылки или банки нашли царапины, сколы или пузырьки воздуха, то такую тару ни в коем случае использовать нельзя! Это брак и всю партию придётся потом заново переплавить. Конечно, на современных заводах есть много станков, автоматов и даже роботов. Но мастера стеклянных дел по-прежнему очень нужны.

МАГИЯ СТЕКЛА
Когда стеклянная масса хорошо проварилась, начинается настоящее волшебство! Каждый, кто хоть раз видел, как работают стеклодувы, знает, насколько завораживающее это зрелище! Мастер берёт длинную трубку, поддевает на неё немного горячей липкой стекломассы и выдувает её, как мыльный пузырь. При этом трубку поворачивают в разные стороны и придают изделию нужную форму, иногда помогая ножницами или щипцами. Так делают вазу, кувшин, чайник, фигурки животных и многое другое. Профессия стеклодув требует внимания, терпения и усидчивости. При этом надо работать быстро, чтобы горячая масса не успела остыть и затвердеть. А можно ли создать предмет без стеклодувной трубки? Да. Правда, его стенки будут толще, чем при выдувании. Это можно сделать, например, методом литья или прессования. Чтобы изделие получилось красивым и ровным, используют металлические формы.
Горячая стекломасса настолько пластичная, что её можно вытянуть, скрутить, обрезать, продавить, отпечатать на ней узоры… А некоторые умельцы даже могут завязать её в узел. Со стороны кажется: как ловко у них получается, вроде ничего сложного! На самом деле, стекло – очень капризный материал. Стоит немного прозевать, и оно может треснуть. В руках умелых мастеров стекломасса превращается в настоящие шедевры! Такие произведения искусства потом хранятся в музеях и у коллекционеров.

ПРОЗРАЧНОЕ И ЦВЕТНОЕ
Многие думают, что сначала люди изобрели прозрачное стекло и только потом цветное. На самом деле всё наоборот. Первое искусственное стекло было мутным. К нему стали примешивать металлы, для цвета. Так, например, в Древнем Египте получали голубое и зелёное стекло. А вот прозрачное появилось позднее, когда стекломассу начали варить из чистого песка, и температура в печи достигала 1500 градусов.
Сейчас на заводах могут сделать бесцветное, осветлённое или полупрозрачное стекло. Из него производят окна, зеркала, стеклянные двери и перегородки, посуду и предметы декора. Посмотрите на окна в вашем доме – они прозрачные, хорошо пропускают свет, защищают от ветра, холода и шума. Современные архитекторы делают проекты домов и торговых центров, где не только окна, но и стены, пол и даже лифты из прозрачного стекла.
На заводах, чтобы получить цветное стекло, в массу добавляют оксиды и соли различных металлов. Например, синий цвет придаёт кобальт, зелёный и жёлтый – хром, а серые и пурпурные оттенки – никель. Есть и другой способ – когда окрашивается только поверхность стекла. Третий способ – цветной "триплекс". Это когда между двумя слоями прозрачного стекла проклеивается цветная плёнка.
Что же изготавливают из цветного стекла? Чаще всего посуду и сувениры. Дизайнеры любят его за яркость и возможность сделать красивые и необычные вещи для дома. Например, мебель, межкомнатные перегородки, цветные панели и т.д. Некоторые художники создают из цветного стекла витражи и мозаики. Есть маленькие разноцветные стёклышки и в любимой многими детьми игрушке – калейдоскопе. Внутри него находятся зеркала, поэтому поворачивая трубу, мы видим узоры.

ХРУСТАЛЬ
Если в стеклянную массу добавить окись свинца, то получится хрусталь. Это тоже стекло, только более толстое и тяжёлое. А на его гранях возникает красивая игра света. Хрусталь переливается, сверкает и ещё очень приятно мелодично звенит, если по нему легонько стукнуть.
Во времена СССР хрусталь дарили на свадьбы и на праздники дорогим гостям. Он считался предметом роскоши. Наверняка, у ваших бабушек дома найдётся хрустальная ваза или посуда, бережно хранимая ими ещё с тех времён.
В природе встречается горный хрусталь, который древние греки считали застывшим льдом, а японцы – застывшим дыханием дракона. На самом деле это минерал, разновидность бесцветного кварца. На ощупь он прохладный. Но как же отличить природный минерал от искусственного? Всё просто: горный хрусталь всегда остаётся холодным. Искусственный хрусталь более прозрачный и чистый. Из искусственного делают люстры, светильники, подвески, подсвечники, стаканы и графины. А из природного, чаще всего, ювелирные украшения и предметы декора.

САМОЕ ПРОЧНОЕ
Обычно стекло хрупкое – легко может разбиться и разлететься на множество осколков. Неужели за столько веков люди не придумали, как сделать стекло прочным? Конечно, придумали! И вы его встречаете каждый день. Например, когда видите проезжающую машину. Да, лобовое стекло в автомобилях непростое. Оно сделано по методу «триплекс», который изобрёл французский химик Эдуард Бенедиктус в 1903 году. А было это вот как: однажды учёный разбил колбу, покрытую изнутри тонкой плёнкой целлюлоидного лака. С удивлением он заметил, что осколки не разлетелись по полу, а остались на стенках колбы. Эдуард Бенедиктус догадался, что такую плёнку нужно проложить между двумя слоями стекла. Так и получился «триплекс», спасающий водителей от осколков стекла, если машина попадает в аварию.
На современных смартфонах всё чаще встречается ударопрочное стекло. Оно защищает экран при падении телефона.
Бывает ещё жаропрочное стекло. Оно выдерживает высокие температуры. Поэтому из него делают посуду для печи, смотровые окна в духовых шкафах и каминах и даже камеры, которые работают в жарких цехах.
Есть армированное стекло. Это когда в обычное листовое встроена металлическая сетка. Из него делают зенитные фонари, окна и двери для производственных помещений, теплицы и перегородки. В случае удара, армированное стекло не рассыпается на осколки, а остаётся на сетке.
А бывает ли стекло ещё прочнее? Да! Оно крепкое, как броня, выдерживает удары тяжёлыми предметами, не пропускает пули при выстреле из оружия и может выдержать взрывную волну. Это бронестекло. Как и «триплекс», оно многослойное, но слоёв там больше и сами листы стекла могут быть толще. Бронестекло устанавливают в инкассаторских машинах, которые перевозят деньги, в музеях, в зоопарках (в вольерах с крупными хищниками), в больших аквариумах. И если человеку нужна надёжная защита в доме или в машине.

ОПТИКА И КОСМОС
Когда мы слышим слово «оптика», то в первую очередь представляем себе очки. Это верно. Но ведь и бинокли, и лупа, и микроскопы, и фотоаппараты, и даже большие телескопы – это тоже оптика. Если хорошо знать физику и закон преломления света, то можно понять, как устроены линзы. Они могут увеличивать или наоборот уменьшать. По археологическим раскопкам учёные определили, что линзы были созданы египтянами и месопотамцами ещё 2000 лет до нашей эры! А первые очки для улучшения зрение, появились в 13 веке, в Италии. Изобретение и развитие оптики имеет огромное значение – без неё не случилось бы множества научных открытий! Сейчас активно применяются также лазеры и квантовая оптика.

Думаете, стекло не летает в космос? Ещё как летает! Чаще всего для этих целей используют кварцевое стекло. Из него делают иллюминаторы, в которые космонавты видят Землю и другие небесные тела. И для защитных экранов от космического мусора и микрометеоритов требуется стекло. И для солнечных панелей. Вот какое оно важное! А на международной космической станции для научных исследований стекло изготовили и расплавили прямо в космосе.

ОТ СОЛНЦА И ДЛЯ СОЛНЦА
Когда на улице жаркая ясная погода, люди часто надевают солнцезащитные очки. В них специальные стёкла, защищающие глаза от ультрафиолетового излучения. Особенно это важно для водителей, которым надо всегда внимательно следить за дорогой, а в лобовое стекло светит ослепляющее солнце.
Но вот что удивительно: если одни стёкла защищают от солнечных лучей, то другие их наоборот ловят. Например, в солнечных батареях верхний слой из прочного стекла защищает от ударов и непогоды. А внутреннее стекло захватывает и удерживает солнечный свет, чтобы батарея вырабатывала энергию.

СТЕКЛО И МУЗЫКА
Примерно в 17 веке люди заметили, что если провести мокрым пальцем по краю стакана, то получится мелодичный звук. Благодаря этому позже был создан стеклянный орга́н. Инструмент состоял из 30–40 бокалов разного диаметра, заполненных водой. Чем больше жидкости было в бокале, тем выше получался звук.
Похожий инструмент - веррофон. В отличие от орга́на, у него были стеклянные трубки, которые тоже заполнялись водой.
Ещё один интересный музыкальный инструмент - стеклянная флейта. В первой половине 19 века французский мастер Клод Лоран производил хрустальные флейты высокого качества. Что интересно: некоторые из этих флейт сохранились до наших дней и на них до сих пор играют.
Сейчас мало кто слышал о стеклянной гармонике, которую в 1751 году изобрёл Бенджамин Франклин. А ведь музыку для неё писали великие композиторы Моцарт, Бах, Глинка, Чайковский и другие. Гармоника состоит из набора стеклянных чаш, нанизанных на металлический вал, который постоянно вращается при помощи ножного рычага. Смачивая пальцы в воде, музыкант водит ими по краю вращающихся чаш, создавая нежный, эфирный звук.
Есть и «ударные» музыкальные инструменты. например, ксилофон (маримба).

СТЕКЛО И МЕДИЦИНА
Почти вся посуда в медицинских лабораториях из стекла. Её удобно мыть и стерилизовать. Она прочная, прозрачная, а значит всегда можно видеть научный эксперимент, даже не открывая крышку (например, в чашках Петри).
Многие лекарства хранятся в стеклянных флаконах и ампулах (вакцины, антибиотики и т.д.). Шприцы из стекла позволяют рассчитать точную дозу лекарства. Есть стекло и в медицинских приборах (линзы для микроскопа, рентгеновские трубки). Анализы удобно перевозить и хранить в закрытых стеклянных контейнерах.
Для восстановления повреждённых костей в современной медицине применяют биостекло. Оно полностью рассасывается в организме, поддерживает рост костной ткани и помогает быстрому выздоровлению. Биостекло даже борется с раковыми клетками и помогает восстановить зрение после травм глаз.

НЕВИДИМЫЙ ПОМОЩНИК
Сейчас почти в каждом доме есть интернет и телевизор. Нажал на кнопку – и сразу можно посмотреть кино или скачать нужную информацию. Это удобно. Но не все знают, что быстрый сигнал проводит оптоволокно. Оно находится внутри проводов (кабелей) и состоит из тончайших стеклянных нитей. Они сделаны из очень чистого кварцевого стекла и передают информацию с помощью световых импульсов. Оптоволокно сохраняет высокую скорость сигнала и надежность передачи данных на большие расстояния.

ЛЮБОПЫТНЫЕ ФАКТЫ
На ощупь стекло твёрдое. А когда расплавится – жидкое. Но, оказывается, оно не относится ни к твёрдым, ни к жидким веществам. Это аморфное твёрдое тело. Даже когда стекло затвердело, оно медленно течёт. Настолько медленно, что это не заметно глазу человека. Но если мы посмотрим на старинные окна и витражи, то заметим, что стёкла внизу более утолщённые.
Вы знаете, почему для опытов химики используют только стеклянные колбы и пробирки? Секрет раскрыт: стекло не вступает в химическую реакцию с большинством веществ.
Попробуйте угадать: с какой скоростью трещина бежит по стеклу? Да, учёные смогли измерить и это. Скорость распространения стеклянной трещины может быть до 4830 км в час.
Если молния ударит в песок, то образуются фульгуриты – стеклянные трубки природного происхождении.
Разве может стекло само себя починить? Оказывается, может! Учёные из Японии создали «самоисцеляющееся» стекло. Если разломать его и прижать кусочки друг к другу, то они склеятся.
В 63 световых годах от Солнца, расположена экзопланета HD 189733 A b. На ней идут горизонтальные стеклянные дожди. Ветер там настолько сильный, что куски стекла не падают вниз, а летят с большой скоростью вдоль поверхности планеты.
19 ноября в России отмечают праздник – День работника стекольной промышленности. Дату выбрали не случайно. Это день рождения великого российского учёного Михаила Ломоносова, создателя химического производства стекла, фарфора и глазури.

ВТОРАЯ ЖИЗНЬ
Есть ли у стекла вторая жизнь? Да! И вторая, и третья. и двадцать третья… Это случится, если вы сдадите ненужные стеклянные предметы (например, банки или бутылки) в пункт приёма стеклотары Это очень важно! Ведь запасы чистого (кварцевого) песка на Земле, увы, не бесконечны. Да и остальных компонентов для производства стекла тоже. После того, как стеклотару тщательно помоют и расплавят в жаркой печи, то снова сделают что-нибудь новое, красивое и полезное. Готовое стекло можно переплавлять бесчисленное количество раз. А вот если оно становится мусором и попадает в окружающую среду, то разлагается потом почти миллион лет! Поэтому нужно сортировать мусор. Часто на контейнерах есть отдельная пометка: «Стекло». Это помогает беречь нашу планету от лишнего мусора, а стеклянным предметам получить новую жизнь.