Что же такое стекло?

Что же такое стекло?

Не нужно думать, что под стеклом в науке подразумевается только обычное прозрачное оконное или посудное стекло. В стеклообразном состоянии можно получить многие вещества. Внешними признаками это состояние похоже на твердое (объем и форма сохраняются), но дальний порядок в расположении частиц от­сутствует. Исходя же из внутреннего строения вещества, надо считать, что стекло — это жид­кость, но настолько вязкая, что это свойство заставляет ее сохранять свою форму. При на­гревании вязкость жидкостей уменьшается. Стек­ло при нагревании становится постепенно все бо­лее текучим, пока не приобретет и внешние приз­наки жидкости. Мы говорим, что стекло «рас­плавилось». Но в отличие от истинного твердо­го тела, т. е. кристалла, невозможно точно сказать, при какой именно температуре про­изошло «плавление» стекла. Свойства его ме­няются при нагревают постепенно и непрерыв­но, в отличие от свойств кристалла.

Всякая вязкая жидкость, например глице­рин, при сильном охлаждении загустевает и переходит в стеклообразное состояние. Возни­кает вопрос: а нельзя ли перевести такую жид­кость в кристаллическое состояние? Во время Отечественной войны в очень суровую зиму на подъездных путях одного из казанских заводов надолго задержалась цистерна с глицери­ном. Когда наконец цистерну подали под раз­грузку, к великому удивлению работников завода, в ней оказалось какое-то странное кри­сталлическое вещество, вовсе не похожее на глицерин. Ученые из институтов Академии наук, эвакуированных в то время в Казань, стали исследовать загадочное вещество. Ока­залось, что по химическому составу это был гли­церин, но только кристаллический. Итак, гли­церин закристаллизовался! Затем в старых научных журналах нашли сообщение о подоб­ном же случае, происшедшем много лет назад.

А вот в лаборатории получить кристаллы глицерина никогда никому не удавалось. В чем же здесь дело? Оказывается, все в той же вязкости. Чтобы из жидкости образовался кристалл, ее молекулы должны «выстроиться», как солдаты на параде, в строгом дальнем порядке. Но для этого каждая молекула долж­на двигаться свободно и найти свое место в этом строю. А вязкость препятствует свободному движению. Если жидкость быстро охлаждать, то вязкость ее возрастет раньше, чем успеют образоваться кристаллы. Жидкость загустеет, вместо того чтобы закристаллизоваться. Такие жидкости, не перешедшие, несмотря на низкую температуру, в кристаллическое состояние, назы­вают переохлажденными. Чем больше вязкость, тем дольше жидкость может оставаться в пере­охлажденном состоянии. Воду тоже можно пе­реохладить, но вязкость ее все равно будет невелика, и от любого толчка она закристалли­зуется. А вот глицерин слишком вязок, он мо­жет оставаться в переохлажденном состоянии годами и все же не закристаллизоваться.

Труднее всего при кристаллизации образо­ваться первоначальному зародышу кристалла, в котором пока лишь небольшое число молекул расположилось в порядке. Дальше образовав­шийся зародыш растет гораздо легче: ведь на его поверхности для каждой следующей моле­кулы есть уже определенное место, куда ей прикрепляться. Редчайшие Случаи кристалли­зации глицерина объясняются, видимо, тем, что в середине большой цистерны охлаждение про­исходило очень медленно (внешние слои дей­ствовали как «шуба») и там кристаллические зародыши успевали образоваться раньше, чем вязкость становилась слишком большой.

Ученые и инженеры научились кристалли­зовать и обычное стекло. Для этого в расплав­ленное стекло перед застыванием добавляют вещества, которые легко образуют зародыши кристаллизации (например, окись титана). По­лучается кристаллическое стекло, которое го­раздо прочнее обычного и может заменять не только строительные материалы, но даже и металлы. Такие кристаллические стекла назы­вают ситаллами.