Ostatnio ktoś dociekliwy zadał mi pytanie: ''A czy Ty wiesz z czego w ogóle robi się akwarium?'', odpowiedź była prosta: ''ze szkła''. Jednak już kolejne pytanie nie dawało łatwej odpowiedzi: ''A co to jest to szkło?''. I tu po długim namyśle coś zacząłem ''bąkać'' o roztopionym krzemie, i tyle. Po kilku dniach nie dawało mi to spokoju i zacząłem zgłębiać temat szkła, bo tak naprawdę co my akwaryści byśmy bez niego zrobili, hm chyba nic. Myślę, że może znajdzie się kilka osób, które zainteresuje to co udało mi się dowiedzieć, abyście nie mieli takiego dylematu jak ktoś wiekowy zada Wam pytanie o szkło, patrząc na akwarium. Opis jest w formie ciekawostek a chemii w nim jest mało, co by nie przynudzać.
Co to jest szkło?
Najprostszą odpowiedz to: ''Przezroczysta skała''. Piasek powstaje kiedy wietrzeje skała, natomiast składnikiem podstawowym piasku jest SiO2, czyli krzemionka (dwutlenek krzemu). I jeśli stopi się piasek to otrzymamy szkło.
Odkrycia szklanego piasku
Na świecie jest wiele miejsc, w których można obserwować zjawisko zeszklonego piasku, tak naprawdę do dziś nie wiadomo dokładnie jak powstał, bowiem temperatura topnienia krzemionki wynosi ponad 1700 st C. Ogień, w zależności od koloru płomienia ma od od 500 do 1200 st C, natomiast ogień biały od 1200 do 1500 st C. Lawa natomiast to temperatura dochodząca do 1400 st C. W tamtych czasach, a mam na myśli setki tysięcy lat przed naszą erą nikt nie miał możliwości używania pieców hutniczych. Rejony pokryte szkłem to np.: Usa pustynia Mojave, dolina Eufratu, Jamen i wiele innych. Częściowo stopione kamienie znaleźć można także na Wyspach Kanaryjskich, w Anglii, Szkocji, Irlandii. Oczywiście naukowcy mają swoje teorie, między innymi są to meteory, które mogły wywoływać tak wysoką temperaturę przy zderzeniu z ziemią, czy wybuchy wulkanów (tak zwane szkliwa wulkaniczne). Trzeba także napisać, o tych naukowcach, którzy pokazują jak podobne (jeśli nie te same), są te zeszklone części do tych uzyskanych po próbach jądrowych naszej ery - czyżby zaginione cywilizacje umiały już zapanować nad atomem w takim stopniu
Powyżej trynityt, czyli szkliwo powstałe z ziaren piasku stopionych podczas wybuchu ładunku jądrowego.
Wynalezienie szkła
I tutaj są różne teorie. Jedna, według Pliniusza Starszego, mówi o grupie fenickich żeglarzy, którzy podróżując z węglanem sodu do mumifikowania zwłok (tak zwany natron pozyskiwany z wyschniętych jezior), użyli go w rozpalaniu ogniska na plaży (piasek). Jako że węglan sodu obniża temperaturę topnienia krzemionki, żeglarze po przebudzeniu z rana ujrzeli kryształy szkła. Druga teoria to uderzenie pioruna w piasek, który powoduje powstanie piorunowca czyli fulgurytu z drobinami szkła, ktoś to zauważył i wcielił w życie. Trzecia teoria jest późna bo mówi o tym, że ktoś chciał wytopić metal i użył do tego rudy, i tak przypadkiem osoba ta odkryła szkło.
Fulguryt po uderzeniu pioruna.
Początki produkcji szkła
Krzemionka, jak już wiemy topi się w temperaturze powyżej 1700 st C. i aby osiągnąć tą temperaturę trzeba wiele energii. Do tego szkło takie, jest bardzo lepkie jak gęsty miód i mało przejrzyste - powietrze nie może wydostać się w procesie topnienia i zostaje wewnątrz uwięzione, co daje wspomniane ''mleczne szkło''. Rozwiązanie tego problemu to dodanie atomów tlenu w postaci węglanu sodu (Na2CO3), które osłabiają wiązania i sama mieszanka ma mniejszą temp. topnienia (ok 800 st C) i szkło jest przejrzyste - powietrzu udaje się wydostać, przez mniejszą lepkość mieszaniny. Jednak to nie było rozwiązaniem, bowiem takie szkło łatwo rozpuszczało się w wodzie. Na pomoc przyszedł wapień, który spowodował nierozpuszczalność w wodzie szkła. Można by napisać, że najbardziej pospolitym szkłem to takie, które składa się z tlenku sodu 15%, tlenku wapnia 10% i 70 % tlenku krzemionki. pozostałe 5% to inne tlenki. Oczywiście typów szkła jest bardzo dużo, a samych badań i receptur od początku powstania szkła było kilkadziesiąt tysięcy. Do produkcji szkła można użyć ponad połowę pierwiastków z tablicy Mendelejewa. Technika już poszła tak do przodu, że to co kiedyś było nieopłacalne, mam na myśli odżeleźnianie szkła (zielona poświata), teraz już jest i każdy akwarysta ma na wyciągnięcie ręki szkło pod nazwą Opti White.
Powyżej różnica pomiędzy Opti White bez drobin żelaza a Guardian gdzie dodano inne tlenki aby zminimalizować zielone zabarwienie (najczęściej dodaje się selen lub kobalt, co w efekcie daje szary odcień).
Cieszmy się z idealnie płaskich szyb w akwarium !
Jak można było wyczytać, szkło wynaleziono wiele setek lat temu i udoskonalano. Natomiast gorzej było z idealnie równą powierzchnią. Według źródeł dopiero od roku 1913/18 roku (są rozbieżne lata), wynaleziono metodę walcowania, która dawała ''dość'' płaską powierzchnie, lecz niestety wciąż pofałdowaną, którą trzeba było szlifować. W 1959 r, czyli nie dawno, patrząc na cały proces powstawania i doskonalenia szkła, Alistar Pilkington zainspirowany pływającym tłuszczem na powierzchni wody (prawdopodobnie mył naczynia), wynalazł metodę pływającego szkła na powierzchni roztopionej cyny. Całe badanie i osiągnięcie zadowalających efektów pochłonęło blisko 17 mln dolarów i wiele lat prób i błędów.
Warto obejrzeć od 2 minuty.
Szkło wcale nie spływa w dół !
Na niektórych stronach można poczytać o tym, iż szkło spływa w dół, ba nawet na studiach wykładowcy tego uczą. Ja jednak doszedłem do ciekawych materiałów, które obalają tę teorię, może nie całkowicie ale teoria, której trzymają się wykładowcy jest na pewno błędna i prowadzi do niewłaściwych wniosków. Zwolennicy tej hipotezy uważają, że z tego powodu, że szkło to jakby ''płynne ciało stałe''. Dodatkowo często podnoszone jest to, że w wielu starych katedrach i kościołach witraże są grubsze u dołu. No to jak to jest na prawdę?
Ciało stałe dzieli się na amorficzne i krystaliczne. Amorficzne czyli z greckiego ''bezkształtne'', ma nieuporządkowane atomy. Natomiast ciało krystaliczne to na przykład kryształy gdzie atomy tworzą symetryczny wzór.
cytat: ''amorficzne ciała stałe mają atomy ułożone znacznie swobodniej. Niektóre leżą blisko siebie, inne zaś dalej. Wiazania chemiczne między sąsiednimi atomami mają różną siłę. Słabe rozrywają się w niskiej temperaturze, a mocniejsze w wyższej. Dlatego ciała amorficzne miękną stopniowo, w dużym przedziale temperatur.''
I odpowiedź na pytanie stanu szkła powinna brzmieć, że szkło ma stan skupiony amorficzny, to tak zwana potocznie ''przechłodzona ciecz'', która ''prawie'' skrystalizowała.
A teraz wróćmy do teorii spływania szkła w dół, bo chyba nikt z Was nie chciałby aby jego ścianki akwarium u dołu były grubsze a węższe ku górze :) Faktycznie nie ma co się spierać odnośnie grubszych witraży u dołu, bowiem to prawda. Jednakże rozwiązanie tej zagadki jest proste. Wszystkie wyprodukowane szkła przed 1913 rokiem były nierówne i pofałdowane, dopiero metoda walcowania a następnie wylewania doprowadziły do idealnie płaskich tafli. Szklarze wiedząc o nierówności i widząc je, montowali zgodnie z zasadami ''grubsze u dołu'', co miało zabezpieczyć witraż przed popękaniem. I kolejne twierdzenie o spływającym szkle jako o ''płynnym ciele stałym'' także jest niedoprecyzowane. Czytając wcześniej o amorficznym skupieniu to prawda, że szkło ''spływa'', jednak w temperaturze 400 st C zauważalne płynięcie miało by miejsce po 800 latach. Ponoć Dr Yvonne Stokes obliczyła z równań teorii dynamiki płynów, że w temperaturze pokojowej widoczny spływ miałby miejsce po 10 milionach lat a dokładając do tego lepkość strukturalną wynik końcowy to, khm...10 tysięcy razy wiek wszechświata !
Co jest mocniejsze stal czy szkło? Szkło !
Tak to prawda. Niestety tylko w próżni. Mianowicie jeśli szkło nie ma żadnych zanieczyszczeń i znajduje się w głębokiej próżni to nie ma na nie mocnych. Takie szkło jest mocniejsze 10 razy od wszelakich stopów metali i 50 razy mocniejsze niż niskostopowa stal. Niestety na ziemi szkło atakują substancje abrazyjne i przede wszystkim powietrze i para wodna. Przy uderzeniu młotkiem w szkło, w mikro szczeliny dostają się owe substancje i szkło pęka - i tutaj mowa o kruchości szkła. Nawet zwykła rysa bez żadnej ingerencji po czasie staje się coraz dłuższa.
Według najnowszych badań także na ziemi udało się stworzyć szkło mocniejsze niż stal. To metaliczne szkło będące stopem palladu, fosforu, krzemu i germanu. W 2011 roku udało się uzyskać próbki mające jeden milimetr, tak więc widać jak szkło wciąż się rozwija.
I to tyle, miłego czytania i nie dajcie się zagiąć na tak proste pytanie, bo w tym wypadku odpowiedź wcale jak widać nie była łatwa :wink:
