Πώς κατασκευάζεται το γυαλί;

Το γυαλί είναι κατασκευασμένο από υγρή άμμο. Πιο συγκεκριμένα, το γυαλί κατασκευάζεται με θέρμανση της συνηθισμένης άμμου (που αποτελείται κυρίως από διοξείδιο του πυριτίου SiO2) μέχρι να λιώσει και να μετατραπεί σε υγρό. Η λιωμένη άμμος αφήνεται να κρυώσει και μετατρέπεται σε παγωμένο υγρό ή άμορφο στερεό.

Κατά τη διάρκεια της ανθρώπινης ιστορίας, υπήρξε μια εποχή του λίθου, και μετά μια εποχή του χαλκού, και υπήρξε ακόμη και μια εποχή του σιδήρου. Το ερώτημα είναι, ποιο όνομα θα δίνατε στην εποχή που ζούμε αυτή τη στιγμή; Προσωπικά, ψηφίζω υπέρ της ονομασίας της Γυάλινης Εποχής!

(Πίστωση εικόνας:Flickr)

Το γυαλί είναι πανταχού παρόν

Σήμερα, δεν υπάρχει σχεδόν κανένας τομέας της ζωής στον οποίο το γυαλί δεν χρησιμοποιείται με τη μία ή την άλλη μορφή. Τα παράθυρα των σπιτιών, των αυτοκινήτων, των πλοίων, των τρένων, ακόμη και των αεροπλάνων είναι φτιαγμένα από φύλλα γυαλιού. Ο κατάλογος των προϊόντων από γυαλί είναι σχεδόν ατελείωτος, από δοχεία νερού, ποτήρια, είδη διακόσμησης, διάφορα είδη φιαλών και γυαλιών ηλίου μέχρι γυαλιά, φιάλες, είδη εργαστηρίου, λαμπτήρες πυρακτώσεως, σωλήνες φθορισμού και εκατοντάδες άλλα αντικείμενα που χρησιμοποιούμε άμεσα ή έμμεσα στην καθημερινότητά μας ΖΩΗ. Έχετε αναρωτηθεί ποτέ πώς κατασκευάζεται αυτό το απίστευτα χρήσιμο υλικό;

Συσκευή εργαστηρίου από γυαλί. (Φωτογραφίες :Pxhere)

Mysticism of Glass:Is Glass a Liquid;

Αν και το γυαλί έχει μια πληθώρα εφαρμογών, έχει επίσης μια χροιά μυστικισμού γύρω του - πιθανότατα λόγω της παράξενης χημικής και φυσικής συμπεριφοράς του. Είναι αρκετά δυνατό για να μας προστατεύει, αλλά μπορεί επίσης να σπάσει μανιωδώς σε χιλιάδες κομμάτια. Είναι κατασκευασμένο από αδιαφανές άμμο, αλλά είναι εντελώς διαφανές. Και, ίσως το πιο εκπληκτικό από όλα—εμφανίζεται και συμπεριφέρεται σαν στερεό, αλλά στην πραγματικότητα είναι μια μορφή περίεργου υγρού στη μεταμφίεση!

Η επιστήμη της κατασκευής γυαλιού

Αυτό μπορεί να είναι δύσκολο να το πιστέψουμε, αλλά το γυαλί είναι κατασκευασμένο από υγρό άμμος. Πιο συγκεκριμένα, το γυαλί κατασκευάζεται με θέρμανση της συνηθισμένης άμμου (που αποτελείται κυρίως από διοξείδιο του πυριτίου SiO2) μέχρι να λιώσει και να μετατραπεί σε υγρό. Μπορεί να αναρωτιέστε γιατί δεν συμβαίνει το ίδιο πράγμα τις ζεστές μέρες στην παραλία, αλλά η απάντηση σε αυτό είναι πολύ απλή—η θερμοκρασία τήξης που χρειάζεται η άμμος είναι πολύ υψηλή, γύρω στους 1700° Κελσίου .

Δείγμα διοξειδίου του πυριτίου. (Φωτογραφία:LHcheM/Wikimedia Commons)

Όταν η λιωμένη άμμος αφήνεται να κρυώσει, δεν επιστρέφει στην αμμώδη κίτρινη κατάστασή της με την οποία ξεκινήσατε - η θέρμανση την αναγκάζει να υποστεί πλήρη χημική μεταμόρφωση, επιτυγχάνοντας έτσι μια νέα εσωτερική δομή. Ανεξάρτητα από την τεχνική που χρησιμοποιείται για την ψύξη της λιωμένης άμμου, ποτέ δεν αρκετά διαμορφώνεται σε ένα πεμπτουσία στερεό. Αντίθετα, μετατρέπεται σε παγωμένο υγρό ή —όπως θα ήθελε να ονομάσει ένας πτυχιούχος επιστήμης των υλικών— σε άμορφο στερεό . Βασικά, το γυαλί μοιάζει περισσότερο με μια διασταύρωση μεταξύ ενός στερεού και ενός υγρού, με ορισμένες κρυσταλλικές δομές που βρίσκονται γενικά στα στερεά, καθώς και κάποια μοριακή τυχαιότητα που παρατηρείται συχνά στα υγρά.

Η ιστορία της κατασκευής γυαλιού

Η τέχνη της κατασκευής γυαλιού είναι πολύ παλιά. Δεν είναι γνωστό με βεβαιότητα πότε ο άνθρωπος έμαθε για πρώτη φορά να κατασκευάζει γυαλί, αλλά μερικές γυάλινες χάντρες φτιαγμένες από το 2500 π.Χ. ανακτήθηκαν πρόσφατα στην Αίγυπτο. Μια μπλε γυάλινη ράβδος φτιαγμένη γύρω στο 2600 π.Χ. βρέθηκε στη Βαβυλωνία. Είναι σαφές από αυτά τα ευρήματα ότι ακόμη και ο αρχαίος άνθρωπος κατάλαβε πώς να φτιάχνει γυαλί.

Πώς κατασκευάζεται το γυαλί στη βιομηχανία;

Σας έχω ήδη δώσει μια πρόχειρη ιδέα για το πώς κατασκευάζεται το γυαλί, αλλά τώρα ας δούμε πώς κατασκευάζεται το γυαλί σε μια κατάλληλη βιομηχανική κατάσταση. Σε μια βιομηχανική εγκατάσταση γυαλιού, η άμμος αναμιγνύεται με απορρίμματα γυαλιού (συχνά συλλέγονται από την ανακύκλωση), ασβεστόλιθο (ανθρακικό ασβέστιο CaCO3) και ανθρακικό νάτριο (ανθρακικό νάτριο Na2CO3) πριν θερμανθεί σε κλίβανο. Η ανθρακική σόδα που προστίθεται στο μείγμα προορίζεται αποκλειστικά για τη μείωση του σημείου τήξης της άμμου, σε μια προσπάθεια εξοικονόμησης ενέργειας στη διαδικασία παραγωγής. Ωστόσο, αυτό έχει επίσης ένα ανεπιθύμητο μειονέκτημα - παράγει έναν τύπο γυαλιού που θα διαλύεται στο νερό. Για να αντιμετωπιστεί αυτό, προστίθεται ασβεστόλιθος στο μείγμα. Το τελικό προϊόν που λαμβάνεται από αυτή τη διαδικασία ονομάζεται τεχνικά γυαλί σόδα-ασβέστη-πυριτίου . Αυτό το ποτήρι σόδα-άσβεστο-πυρίτιο είναι το ποτήρι γενικής χρήσης που βλέπουμε συνήθως γύρω μας.

Φιμέ γυαλί

Σε μια προσπάθεια να κατασκευάσουν διαφορετικούς τύπους γυαλιού, οι εμπορικοί κατασκευαστές γυαλιού συχνά χρησιμοποιούν ελαφρώς διαφορετικές διαδικασίες κατασκευής γυαλιού. Αυτή η αλλαγή έρχεται συχνά με τη μορφή προσθήκης άλλων χημικών ουσιών. Οι χημικές ουσίες προστίθενται με σκοπό την αλλαγή της εμφάνισης ή των ιδιοτήτων του τελικού γυαλιού. Για παράδειγμα, χημικές ουσίες με βάση το χρώμιο ή τον σίδηρο προστίθενται στο μίγμα της λιωμένης άμμου για να γίνει γυαλί με πράσινο χρώμα, ενώ η ανάμειξη σε αλάτι κοβαλτίου παράγει μπλε γυαλί. Για να φτιάξετε γυαλί ανθεκτικό στο φούρνο, προστίθεται οξείδιο του βορίου στο λιωμένο μείγμα. Προστίθεται οξείδιο του μολύβδου για να γίνει ένα λεπτό κρυστάλλινο γυαλί που μπορεί να κοπεί ευκολότερα όταν απαιτείται.

Σκληρυμένο γυαλί

Ορισμένες εξαιρετικά εξειδικευμένες και εξαιρετικά ισχυρές παραλλαγές γυαλιού, όπως το αλεξίσφαιρο ή το σκληρυμένο γυαλί, κατασκευάζονται μέσω διαφορετικής διαδικασίας κατασκευής. Το σάντουιτς πολλαπλών στρωμάτων γυαλιού και πλαστικού γίνεται για την κατασκευή αλεξίσφαιρου γυαλιού. Το σκληρυμένο ή σκληρυμένο γυαλί που χρησιμοποιείται στα παρμπρίζ αυτοκινήτων και στα αυτοκίνητα συνήθως κατασκευάζεται ψύχοντας το λιωμένο γυαλί πολύ γρήγορα για να γίνει πολύ πιο σκληρό.

Επίδειξη αλεξίσφαιρου γυαλιού, Νέα Υόρκη. (Φωτογραφία:LHcheM/Wikimedia Commons)

Υπάρχουν αναρίθμητα μέρη όπου θα βρείτε γυαλί—από βολβούς κλειστούς σε θερμόμετρα και φίμπεργκλας γάστρα των σκαφών, μέχρι το γυαλόχαρτο (που ονομάζεται επίσης γυαλόχαρτο) που χρησιμοποιούμε για τη διακόσμηση και τους μετρητές τάσης που μας προειδοποιούν όταν τα κτίρια ραγίζουν. Το γυαλί είναι διαυγές, καθαρό, φθηνό, μη αντιδραστικό, ισχυρό και ατελείωτα χρήσιμο. Τι άλλο θέλεις; Το γυαλί είναι ένα από εκείνα τα μαγικά υλικά που θεωρούμε απολύτως δεδομένο, αλλά εξυπηρετεί αμείλικτα τον σκοπό για τον οποίο προορίζεται, με την προϋπόθεση ότι το χρησιμοποιείτε με προσοχή!