Glass, verre, vetro, vidrio, vitrum и, наконец, стекло… Этот материал уже давно стал не просто частью быта человека, а элементом культуры. Поэзия, кино, проза, архитектура, техника, промышленность, строительство, да и другие области нашей жизни невозможно представить без этого прозрачного вещества. В каких-то сферах это духовная субстанция, используемая в качестве эпитетов, сравнений, а в некоторых — материальная, из которой творят высокохудожественные ценности и простые необходимые для нашей жизни предметы. Сейчас привычное стекло способно не только мирно стоять на столе в виде вазы, но и удивлять широким спектром своих свойств и причудами строения.

Эта статья была опубликована в журнале OYLA №10. Оформить подписку на печатную и онлайн-версию можно здесь.

Древнеримкая стеклянная чашка с изображением гладиаторов. Как видно по цвету стекла, шихта имела примеси хрома и железа.

Начнём с того, что стекло — это переохлаждённая и очень вязкая жидкость. Некоторое время назад широкое распространение имела такая легенда, что под собственным весом оконные стёкла медленно «стекают» к подоконнику. В дальнейшем эксперименты учёных опровергли этот миф, но жидкостью стекло от этого быть не перестало. Скорее всего, мифом является и рассказ древнеримского учёного Плиния Старшего о финикийских купцах, которые решили приготовить обед на песчаном пляже. Очаг торговцы соорудили из кусков соды и после пиршества обнаружили первое рукотворное стекло. Красивая история, но для расплавления соды и песка нужна недостижимая в обычном костре температура (до 1500°C), поэтому будем считать Плиния в данном случае сказочником. 

Однако человек познакомился со стеклом гораздо раньше мифических финикийских купцов и произошло это в окрестностях вулкана. Обсидиан является природным стеклом, которое извергается наружу в виде лавы и затем быстро охлаждается. В итоге человечество получило отличный материал для орудий труда и, куда без этого, для оружия. К примеру, ацтеки и майя изготовляли дубинки-макуавитли, оснащённые острыми, как бритва, кусками обсидиана, что делало такое оружие порой опаснее традиционного меча.

Кромка бритвы из обсидиана может иметь толщину всего в 3 нанометра. Такая бритва выглядит острой даже под электронным микроскопом.

Более или менее точно родиной стеклоделия можно назвать Древний Египет и Месопотамию, где в IV тысячелетии до н.э. изготавливали стеклянные побрякушки и предметы религиозного культа. Что же нужно сделать для получения стеклянного предмета? Прежде всего, очень чётко соблюсти химию стекла в приготовлении шихты (исходной смеси). Кремнезём или песок (SiO₂) — главный ингредиент будущего стекла, и очень важно, чтобы он был чистым. Если взять песок с ближайшего пляжа, то в нём окажется немалая доля соединений хрома и железа, которая придаст стеклу «вредный» желтовато-зелёный цвет. 

Высшим пилотажем считается применение чистейшего SiO₂ или кварца, который позволяет получить тугоплавкое, прочное и прозрачное для УФ-лучей стекло. Гранёный стакан из такого материала никогда не лопнет от кипятка — это следствие близкого к нулю коэффициента теплового расширения. Далее в ход идёт зола деревьев или щебень морских раковин — именно эти ресурсы использовали древние для получения извести (Ca(OH)₂), без которой стекло лишится блеска и химической стойкости. 

Есть желание получить хрусталь? Тогда меняем известь на оксид свинца, который придаст прозрачному материалу способность сильно преломлять свет. Тяжело обойтись и без оксидов щёлочных металлов (Na и Li), они отвечают за снижение температуры плавления стекла, что положительно сказывается на итоговой стоимости продукта. Для этой цели отлично подходят техническая сода и поташ. Вот, собственно, и всё — ингредиенты для получения стекла подобраны. Осталось найти печь, способную нагреть шихту до пары тысяч градусов, и из жидкого стекла можно будет изготавливать арт-объекты, ограниченные только полётом фантазии.