В нашата среда стъклото и стъклото са навсякъде, от прозорците на нашите домове и превозни средства, до бутилки с лекарства и екрани на мобилни телефони. Въпреки това, малко хора знаят точния процес за това как се прави кристалът или как се различава от стъклото.
В тази статия ще разгледаме завладяващия процес на производство на стъкло и кристал, техните свойства и основните разлики между двете. Днес използваме голям брой предмети, направени от тези материали, от бутилки и буркани до огледала и телевизори. Познаването на процеса на създаване на тези материали ще ни помогне допълнително да оценим тяхното вездесъщо присъствие в нашето ежедневие.
Как се прави стъкло?
Стъклото, също понякога известно като кристал (макар и не в технически смисъл), се прави предимно от пясък. Пясъкът съдържа силициев диоксид, съединение, което действа като основна основа за стъкло. Стъклото обаче не се прави само с пясък; то изисква смес с други елементи като натриев карбонат (Na2CO3) и варовик (CaCO3).
Стандартният състав на стъклото включва комбинация от три основни съставки: кварцов пясък (богат на силициев диоксид), вар (CaO) и сода (натриев карбонат). Сместа от тези три съставки се нагрява до изключително високи температури, между 1.400ºC и 1.600ºC, в пещ. При разтопяване сместа се превръща в стъклена паста. Този разтопен материал, наречен стопено стъкло, след това се подлага на различни процеси на формоване, за да се създаде желаната крайна форма.
Важно е да се изясни, че това, което популярно се нарича „кристал“, често е просто стъкло с някакъв вид добавка, като оловен оксид (PbO), която му придава различни свойства. Този тип стъкло е известно като оловно стъкло и въпреки че се нарича кристал, то няма кристалната структура, която има истинският минерален кристал.
Производство на стъкло
Производството на изделия от стъкло може да се извърши чрез различни методи, в зависимост от вида на продукта, който ще се създава. Ето някои от най-често срещаните техники:
- Автоматично издухване: Тази техника се използва главно за производство на бутилки, чаши и контейнери. Разтопеното стъкло се вкарва в куха форма с желаната форма. Във формата се инжектира въздух под налягане, за да се разшири стъклото към вътрешните стени на матрицата, оформяйки формата му. Докато стъклото се охлажда, то се втвърдява и може да бъде извадено от формата за употреба. Този процес е напълно автоматизиран в съвременната индустрия.
- Образувано чрез флотация върху калаена вана: Този процес е обичаен при производството на плоско стъкло, като тези, използвани за прозорци. Разтопеното стъкло се излива върху слой течен калай; тъй като е по-малко плътен от калая, стъклото "плува" и се разширява в равномерен слой. След това стъклената лента се носи върху калай и се избутва в друга пещ, където се охлажда по контролиран начин.
- Формиран от ролки: Това е подобна техника на предишната, но вместо калай, стъклената паста преминава през ролки, които й придават форма и дебелина. Ролките могат да бъдат гладки или да имат гравиран модел, позволяващ специфични форми в стъклото, като например безопасно стъкло.
Свойства на стъкло и кристал
Стъклото има много полезни свойства, които го правят подходящо за голямо разнообразие от приложения. Това са основните характеристики на стъклото:
- прозрачност: Той позволява на светлината да преминава, което го прави идеален за прозорци, лещи и оптични устройства.
- Непропускливост: Не позволява преминаването на течности или газове, което го прави идеален материал за съхранение на бутилки и буркани.
- Химическа устойчивост: Стъклото е силно устойчиво на повечето химикали, така че обикновено се използва в лаборатории и индустриални условия.
- твърдост: Въпреки че е крехко и може лесно да се счупи при удар, стъклото е устойчиво на надраскване и износване.
От друга страна, кристалът е естествена суровина, присъстваща в природата в различни форми, като например кварц. Често използваме думата „кристал“, за да обозначаваме погрешно елегантни предмети, направени от стъкло, но истинският кристал има подредена молекулярна структура и може да образува геометрични форми.
Когато говорим за „кристал“, използван във фини предмети, като чаши за вино, ние всъщност имаме предвид стъкло, което има висока концентрация на олово. Не е естествен кристал, но има по-висок индекс на пречупване, което му придава онзи характерен блясък и блясък.
През 1969 г. в Европейския съюз са установени стандарти за правилното използване на термина "кристал" по отношение на стъклените продукти. Това са изискванията:
- Съдържанието на олово трябва да надвишава 24%.
- Плътността трябва да е по-голяма от 2,90.
- Коефициентът на пречупване трябва да бъде по-голям от 1,545.
Тези продукти не трябва да се бъркат с обикновеното рециклирано стъкло, което намираме в опаковките, нито трябва да се поставят в контейнери за рециклиране на стъкло, като например флуоресцентни лампи, тъй като те имат различна обработка.
Видове стъкла
По-долу са някои от основните видове стъкло и техните характеристики:
- Натриево-варово стъкло: Това е най-често срещаният тип стъкло и се прави от силициев диоксид, натрий и калций. Благодарение на наличието на калций, това стъкло не е разтворимо във вода, което го прави идеално за производство на прозорци и други ежедневни предмети.
- Оловно стъкло: Използвано в оптиката, този тип стъкло съдържа олово вместо калций. Това подобрява неговия индекс на пречупване, което е полезно за камери, лещи и други оптични устройства. Освен това оловното стъкло е лесно за обработка и ецване.
- Силициево стъкло: Това стъкло е изключително чисто и силно устойчиво на топлина, с температура на омекване над 1500ºC. Използва се в трудни приложения, като UV филтри и високоустойчиви лабораторни материали.
- Боросиликатно стъкло: Известно със своята устойчивост на топлина, това стъкло е направено от силициев диоксид и бор, което го прави идеално за лабораторни, кухненски прибори и топлоустойчиво стъкло като цяло.
Кристал и стъкло в природата
Има стъкла, които се образуват естествено, най-разпространеният е обсидианът. Този тип стъкло се образува, когато лавата от вулкан се охлажда бързо, улавяйки газови мехурчета вътре и създавайки гладка, равномерна повърхност.
Кристалите, за разлика от стъклото, се образуват чрез процеси на кристализация в природата. Те се намират в скъпоценни камъни, минерали и други образувания и са ценени заради подредената си атомна структура.
Както видяхме, въпреки че често бъркаме стъкло и кристал, те не са едно и също. Стъклото е човешко изобретение, докато кристалът се среща в природата. И двата материала са повлияли дълбоко на нашето технологично развитие и са от съществено значение за приложения, вариращи от строителство до оптика, медицина и авангардни технологии.