До сих пор доподлинно неизвестно, каким именно способом было изобретено стекло. С изобретением этого материала связано множество легенд, но лишь одна из них кажется относительно правдоподобной.

По этой версии, является случайно открытым материалом, ставшим побочным продуктом одного самых древних ремесел — изготовления глиняной посуды. Известно, что много веков назад обжиг глины для придания ей прочности выполнялся в песочных ямах. Для разведения огня в те времена обычно использовали тростник или сухую солому. Из-за влияния высоких температур песок вступал во взаимодействие с основными продуктами горения, результатом чего становилось формирование прозрачной, быстро застывающей массы. Еще одной распространенной версией возникновения стекла считается образование побочного продукта при выплавке меди.

Некоторые ученые придерживаются третьей версии. По их мнению, стекло образовалось в результате воздействия высокой температуры на песок и африканскую соду. Согласно этой легенде, финикийские купцы во время стоянок готовили пищу на очаге из африканской соды, установленном на прибрежном песке. Такая версия возникновения стекла принадлежит античному историку Плинию Старшему.

Основы древнего стекольного производства

Стекло имеет очень древнюю историю. Большинство ученых пришли к выводу, что этот материал удалось случайно создать еще шесть тысяч лет назад. Однако мнения специалистов относительно места его возникновения несколько отличаются. По разным данным, стекло возникло в Восточном Средиземноморье, Месопотамии или Финикии.

Первыми стеклодувами, бесспорно, стали египтяне: именно они создавали стеклянные изделия в специальных емкостях из глины. В те времена был также изобретен метод фриттования: раскаленные кусочки стекла окунали в холодную воду, растирали в пыль и вновь переплавляли. Такой метод изготовления стеклянных изделий применялся на протяжении множества столетий. Подтверждением этого факта служат инструменты фриттования, найденные в результате археологических раскопок. В то время производство стекла требовало двух печей: одна из них использовалась для первичной плавки, при помощи другой плавили фритты.

Как изготавливали стекло в древности

Древние печи, в которых изготавливали стекло, были построены из глинозема и камней. Единственным их недостатком был большой расход дров. Это и неудивительно, ведь внутри печи нужно было поддерживать стабильно высокую рабочую температуру — до 1200 градусов, а для проплавления и вовсе нужно было растопить печь до 1450 градусов.

В качестве сырья для изготовления стекла использовалась сода, зола различных растений и песок. Много веков назад мастера научились изготавливать не только белое, но и . В качестве красителей в те времена было принято использовать различные металлургические шлаки, например, соединения марганца, меди и кобальта. Древняя печь представляла собой низкий свод, под который устанавливались глиняные емкости для плавки стекла. Топливом для таких печей служили окружающие леса, поэтому, когда они полностью вырубались, приходилось перемещать топку в другое место. В древние времена плавка стекла была очень трудоемким и длительным процессом, следствием чего стали очень высокие цены на стеклянные изделия.

Самое красивое древнее стекло

Расцвет стеклодувного производства начался с Римской империи. Но после того как великое государство распалось, производство стекла развивалось очень медленно. В дальнейшем стеклодувное дело разделилось на два направления: западное и восточное.

Длительное время методы изготовления стеклянных изделий оставались прежними, совершенствовалась лишь техника. Первые изменения в методике создания стекла появились в конце первого тысячелетия. После проведения ряда экспериментов удалось частично сменить сырье, но сохранить высокое качество изделий из стекла. Европейские мастера заменили соду поташем, который добывался путем выщелачивания золы хвойных и буковых пород деревьев. После замены сырья у средиземноморских и европейских изделий появилось еще больше отличий.

Совершенствование стеклодувного дела

Первенство в изготовлении листового стекла принадлежит немецким стеклодувам. Еще в одиннадцатом веке у них возникла идея выдувать полый цилиндр, обрезать его дно, после чего раскатывать материал в тонкий лист, придавая ему прямоугольную форму. Итальянские мастера начали использовать такую методику лишь в тринадцатом веке. Безусловно, по качеству средневековое стекло не сравнится с современным, однако для производства стеклянных изделий по сей день применяют такие же вещества. В те времена стоимость стекла была очень высокой, поэтому его использовали для остекления окон дворцов, церквей и домов знати. Освоив усовершенствованную технологию производства стекла, европейские мастера впервые начинают изготавливать витражи, для создания которых кусочки цветного стекла скрепляются при помощи металлических сплавов. К концу периода Средневековья центром стеклодувного производства становится Венеция. Изготовление стекла здесь приобрело невероятную популярность, уже через несколько лет в Венеции работало более восьми тысяч стеклодувов. Однако очень скоро венецианское стекло вынуждено было уступить хрусталю, изготовлением которого изначально занимались только английские стеклодувы. Согласно историческим фактам, хрусталь изобрел Джордж Равенкрофт, который первым стал использовать более совершенные исходные материалы. Вместо поташа изобретатель применил оксид свинца, в результате чего получилось красивое стекло с безупречными светоотражающими свойствами. Более того, хрусталь легко поддавался детальной обработке и тонкой гравировке, благодаря чему такое стекло очень скоро оказалось вне конкуренции.

Изготовление стекла в промышленных масштабах

Промышленное изготовление стекла началось сравнительно недавно — лишь в девятнадцатом веке. Основоположником автоматического производства стеклянных изделий стал Отто Шотт, основным направлением деятельности которого стало изучение влияния различных веществ на физические характеристики стекла. Шотт провел множество исследований совместно с профессором Эрнстом Эбби. Еще одним ученым, внесшим большой вклад в автоматизацию производства стекла, стал Фридрих Симменс. Именно он создал уникальную печь, позволяющую в несколько раз увеличить объемы производства стекла. Спустя несколько лет Майкл Оуэнс изобрел оборудование для производства стеклянных бутылок. Такое новшество быстро завоевало популярность: к 1920 году в США работало уже более 200 машин данного типа. Одним из важнейших методов производства стекла стало вертикальное вытягивание из печи. Автором такого изобретения стал бельгийский ученый Фуко. Эмиль Бишеруа, его соотечественник, решил усовершенствовать эту технику, предложив пропускать стекло между валиками для получения равномерного полотна. Настоящую революцию в стекольном производстве произвела фирма «Пилкингтон», разработавшая флоат-метод: из печи плавления стекольная масса поступает в емкость с расплавленным оловом, после чего охлаждается и отправляется на отжиг. Главным достоинством такого метода является обеспечение одинаковой толщины по всему периметру стеклянного листа. Кроме того, стекло фирмы «Пилкингтон» не нуждалось в дальнейшей обработке, так как в нем отсутствовали различные дефекты, характерные для изделий, изготовленных любым другим методом.

Производство стекла в России

Стекольное дело в России возникло намного раньше, чем во всех европейских странах. Изящные изделия из стекла здесь начали изготавливать еще в девятом веке. Особой популярностью производство стекла пользовалось при Петре I. В те времена изготавливали не только оконные стекла и посуду, но и

Как известно, стекло, используемое нами в повседневной жизни, - материал искусственный. Но у него есть природный аналог - обсидиан. Он представляет собой застывшую вулканическую лаву или оплавленную скальную породу. Именно обсидиан использовался первобытными людьми для изготовления различных режущих инструментов, а также украшений.

Рукотворное стекло, история происхождения которого будет рассмотрена ниже, поначалу мало отличалось от природного. Оно не могло похвастаться ни красотой, ни прозрачностью.

История изобретения стекла: легенды и домыслы

Античный исследователь Плиний Старший приводит в своих трудах сведения о том, что искусственное стекло появилось благодаря путешественникам, которые готовили пищу на песчаном берегу и в качестве подставки под котёл использовали кусок натуральной соды. На следующий день на внешних стенках котла была обнаружена стеклянная корка. Гипотеза Плиния была опровергнута только в 20 веке. Ученые доказали, что выплавить стекло на открытом огне невозможно. Впрочем, уже несколько тысячелетий назад жители Древнего Египта и Двуречья научились плавить стекло в ямах. Температура в этих примитивных печах была достаточно высокой, чтобы из песка, щёлочи и извести образовался новый материал. Однако первое рукотворное стекло, скорее всего, действительно было создано случайно в процессе производства глиняной посуды.

Согласно древней легенде, первооткрывателями стекла были финикийские или греческие торговцы. Сделав во время одного из своих многочисленных плаваний остановку на острове, они развели костер на берегу. Песок от высокого жара расплавился и превратился в стекловидную массу.

Изобретение стекла относится к очень глубокой древности. Различные предания о том, какой народ, где и когда впервые изготовил стекло, малодостоверны, так что кто и когда изобрел стекло, неизвестно.

Появление стекла связывают с развитием гончарства. При обжиге на изделие из глины могла попасть смесь соды и песка, в результате чего на поверхности изделия образовалась стекловидная пленка – глазурь.

В Фивах (Египет) найдено изображение стеклодувов‑выдувальщиков, производство, напоминающее наше кустарное производство стекла. Надпись на этих изображениях ученые относят примерно к 1600 г. до н. э. Предметы, найденные при раскопках древних египетских городов, указывают, что в Египте находился центр стеклоделия, где изготовлялись урны, вазы, статуи, колонны и кувшины.

Стекло, которое получали в древности, существенно отличалось от современного. Оно представляло собой плохо сплавленную смесь песка, поваренной соли и окиси свинца – фритту. Ни материал, ни техника античности не позволяли изготавливать из стекла крупные предметы.

Стекольное производство в Египте давало декоративный и поделочный материал, поэтому изготовители стремились получать не прозрачное, а окрашенное стекло. В качестве исходных материалов использовали природную соду и местный песок, содержавший некоторое количество карбоната кальция. Низкое содержание кремнезема и кальция, а также высокое содержание натрия облегчало плавку стекла, поскольку снижало температуру плавления, но уменьшало прочность, увеличивало растворимость и снижало атмосферостойкость материала.

При производстве стекла различные компоненты смешивались в глиняных тиглях и сильно нагревались в специальной печи, сложенной из огнеупорного кирпича, до получения однородной светлой массы. Готовность стекла опытный мастер определял на глаз. По окончании плавки стекло разливали в формы или отливали небольшими порциями. Часто стеклянной массе давали остыть в тигле, который затем обламывали. Полученное таким образом стекло переплавляли и по мере надобности пускали в производство.

Первое стекло применялось для изготовления бисерных украшений. Бусы изготовлялись вручную, поштучно. Тонкую стеклянную нить обвивали вокруг медной проволоки, обламывая нить после каждой готовой бусины. Позднее для изготовления бисера вытягивали стеклянную трубку нужного диаметра и затем разрезали ее на бусины.

Вазы формовали на шишке из глины, обернутой тканью и насаженной на медный прут как рукоятку. Для более равномерного распределения стеклянной массы ее несколько раз быстро поворачивали. С этой же целью вазу прокатывали по каменной плите. После этого прут и шишку вытаскивали из изделия, давая ему остыть.

Окраска стекла зависела от введенных добавок. Аметистовый цвет стеклу придавала добавка соединений марганца. Черный цвет получали добавкой меди, марганца или большого количества соединений железа. Значительная часть синих стекол окрашена медью, хотя образец синего стекла из гробницы Тутанхамона содержал кобальт. Зеленое египетское стекло окрашено медью, желтое – свинцом и сурьмой. Образцы красного стекла обусловлены содержанием окиси меди. В гробнице Тутанхамона обнаружено молочное (глушенное) стекло, содержащее олово, и изделия из прозрачного стекла.

Из Египта и Финикии стеклоделие перешло в другие страны, где оно достигло такого развития, что хрустальная посуда стала даже вытеснять употреблявшуюся до того времени золотую.

Переворот в производстве стекла совершило изобретение процесса выдувания стекла. Позже, используя метод выдувания, научились делать из готового стекла длинные стеклянные цилиндры, которые «раскрывали» и выпрямляли, получая плоское стекло. Этот способ применяли для производства оконного стекла вплоть до 1900‑х годов, а для изготовления стекла, используемого для художественных работ, и позже.

Древние стеклянные изделия были обычно окрашены и являлись предметами роскоши, доступной далеко не всем, особенно дорого ценились изделия из бесцветного стекла.

В античности стекло не нашло существенного применения, даже зеркала тогда изготавливались преимущественно из металла. Но в последующие эпохи оно применялось все чаще и чаще. В Средние века получило широкое распространение использование цветной стеклянной мозаики для украшения окон в храмах.

Позднее Средневековье и начало Нового времени ознаменовались широким распространением стеклодувного производства. Большое развитие стеклоделие имело в Венеции. Будучи сильнейшей морской державой Средиземного моря, Венеция вела обширную торговлю со странами Востока и Запада. Видную статью этой торговли составляло стекло, отличавшееся необыкновенным разнообразием и большой художественной ценностью. Венецианцы изобрели мозаичное стекло, зеркала. Получая большие выгоды от торговли, Венеция всемерно заботилась о развитии у себя стекольной промышленности. Запрещался вывоз стекловаренного сырья, заключались договоры с другими странами на покупку у них битого стекла.

Стеклоделам предоставлялись многочисленные льготы. Одновременно с этим венецианцы ревниво охраняли секреты производства стекла, разглашение профессиональной тайны каралось смертью.

Остановимся на основных видах стекла, выпускавшихся венецианскими стеклодувами, организовавшими производство на острове Мурано близ Венеции.

Цветное стекло. Для его изготовления использовались окиси цветных металлов. Окись железа окрашивает стеклянную массу в зеленый цвет, окись меди дает зеленый или красный тон, при помощи кобальта получается синее стекло, примесь золота дает рубиновое стекло и т. д. Первые сосуды из цветного стекла появились во второй половине XV в. И почти все они были расписаны эмалевыми красками. Любимым цветом в XVI в. был синий – azurro. Фиолетовое стекло – pavonazzo – также пользовалось большим успехом.

Эмалированное и позолоченное стекло из Мурано представляет самый большой интерес. Начало росписи стекла эмалью связывается с именем знаменитого мастера и выдающегося химика Анджело Беровьеро. Изначально эмалью расписывались сосуды из цветного прозрачного стекла, позже росписью стали покрывать и стекло молочного цвета. Венецианские сосуды раннего периода отличаются необыкновенно богатой росписью: изображались триумфальные шествия, свадебные процессии, сцены мифологического содержания, эротические сюжеты. Часто стекло украшали золотыми чешуевидными узорами и рельефными точками, исполненными разноцветной эмалью.

Прозрачное бесцветное стекло было изобретено во второй половине XV в. Это знаменитое венецианское cristallo. В названии подчеркнута бесцветность и прозрачность стекла по сравнению с ранее изготовлявшимся стеклом зеленоватого оттенка или цветным стеклом.

Филигранное стекло. Это бесцветное прозрачное стекло, украшенное стеклянными нитями, введенными в массу. Эти нити, обычно спирально скрученные, представляют бесконечно разнообразные сплетения. Чаще всего нити бывают белого (молочного) цвета. Судя по сохранившимся образцам, время изобретения филигранного стекла совпадает с утверждением ренессансных форм в венецианском стеклоделии.

Своеобразная разновидность филигранной техники – сетчатое стекло. Его получают из двух слоев прозрачного стекла с филигранным рисунком, наложенных друг на друга в обратном направлении. Образуется рисунок в виде сетки, причем в каждую клеточку помещается, как правило, воздушная капля.

Молочное стекло – непрозрачное белое стекло молочного оттенка (latticinio или lattimo ). Его получают путем добавления в стеклянную массу окиси олова. Сосуды XVI в., выполненные из окрашенного молочного стекла и расписанные эмалевыми красками и золотом, были, по‑видимому, первыми в Европе попытками подражать фарфору. Сегодня этот поддельный фарфор представляет собой величайшую редкость и ценится чрезвычайно дорого.

Агатовым стеклом принято называть стекло, состоящее из различно расположенных и различно окрашенных слоев, составляющих узоры, подобные агату. Агатовое стекло представляет большое разнообразие окраски и узора. Как известно, в минералогии агат составляет одну группу с халцедоном и яшмой. Поэтому в старых итальянских трактатах можно встретить также наименования яшмового и халцедонового стекла.

Авантуриновое стекло – особый род стекла, изобретенный муранскими мастерами в начале XVII в. На отшлифованной поверхности – бесчисленное множество блестящих точек, производящих особенный световой эффект. Эти мерцающие точки на желтовато‑коричневом стекле получаются путем прибавления к стеклянной массе меди, которая при остывании стекла кристаллизуется. Изобретение авантуринового стекла приписывается династии Миотти, долгие годы хранившей тайну его изготовления.

Мозаичное стекло. Способ изготовления этого стекла замечателен. Берутся разноцветные стеклянные нити и спаиваются в узкий цилиндрический прут, поперечный разрез которого имеет вид звездочки, розетки или какой‑либо симметричной фигуры. Затем этот стеклянный прут разрезается на множество дисков, которые вводятся в стеклянную массу. Изделия, выделанные из мозаичного стекла, представляют собой пестрое поле, сотканное из звездочек, розеток и т. п.

Некоторые муранские изделия украшены узором, называемым кракелаж. Узор получался так: выдуваемый предмет, внутри которого поддерживалась высокая температура, опускался в холодную воду. Вследствие этого внешний слой стекла покрывается бесчисленными трещинами, которые, однако, не проникают в толщу стекла. Трещины остаются на поверхности стекла, украшая его своеобразным узором.

Процесс изготовления ваз в технике «пулегозо» основана на эффекте образования пузырьков воздуха внутри стекла, которые образуются при погружении раскаленного стекла в воду и немедленного возвращения его в печь для придания плотности веществу. Вазы выдуваются и обрабатываются вручную.

Гравированное стекло было известно уже в начале XVI в. Сначала венецианцы гравировали стекло алмазом механическим способом. Позднее был изобретен химический способ гравирования.

Бусы. Производство бус было известной и едва ли не самой доходной отраслью венецианской стеклянной промышленности. Бусы были известны под названием conterie. В широком смысле под термином conterie подразумевают не только бусы, но и бисер, стеклянные пуговицы, искусственный жемчуг, поддельные стразы и прочие мелкие предметы из стекла. Само название объясняется тем, что этот штучный товар очень легко и удобно считать (contare – по‑итальянски – считать).

Первым научным трудом по стеклоделию считается вышедшая в 1612 г. во Флоренции книга монаха Антонио Нери, в которой были даны указания об использовании окислов свинца, бора и мышьяка для осветления стекла, приведены составы цветных стекол. Во второй половине XVII в. немецкий алхимик Кункель опубликовал сочинение «Экспериментальное искусство стеклоделия». Он же нашел способ получения золотого рубина.

В 1615 г. в Англии для нагрева стеклоплавильных печей начали применять уголь. Таким образом повысилась температура в печи.

В начале XVII в. во Франции был предложен способ отливки зеркальных стекол на медных плитах с последующей прокаткой. Примерно в то же время был открыт метод травления стекла смесью плавикового шпата и серной кислоты, освоено производство оконного и оптического стекла.

На Руси стекло встречалось в виде бус еще в XIII в., но своих заводов тогда не было. Первый русский завод был выстроен лишь в 1634 г. шведом Елисеем Коетой. Завод выделывал столовую и аптекарскую посуду, первыми мастерами там были немцы, оказавшие большое влияние на развитие русской стекольной промышленности.

В 1668 году была начата постройка казенного завода в селе Измайлово под Москвой, который частично работал уже и на экспорт. Так, в Персию вывозили посуду «измайловского дела» – до 2000 кувшинов, графинов и мухоловок ежегодно.

Значительно быстрее шло строительство стекольных заводов в XVIII в. Особенно много в этом отношении сделал Петр I, который покровительствовал развитию стеклоделия, уничтожил пошлины на стеклянные изделия, выписывал немецких мастеров, посылал русских учиться за границу. По возвращении из заграничной поездки он построил казенный завод близ Москвы, на Воробьевых горах, который предполагали сделать образцовым стекольным заводом и одновременно школой для подготовки стекольных мастеров.

В 1720 г. был издан Указ «Об учреждении зеркальных заводов в Киеве». В царствование Елизаветы Петровны (1741–1761 гг.) около Москвы существовало уже шесть стекольных заводов.

В 1752 году было дано «позволение профессору М. В. Ломоносову завести фабрику для отделывания разноцветных стекол, бисера, стекляруса и других галантерейных вещей с привилегией на 30 лет». Среди вырабатывавшейся на заводе продукции было стекло для мозаичных работ («мусия»), из которого М. В. Ломоносов создал ряд картин, в том числе знаменитую «Полтавскую битву». После смерти Ломоносова завод перешел к его вдове и в 1798 г. закрылся.

В 1760 г. московский купец Мальцов получил дозволение устроить стеклянный завод для выработки хрустальной и стеклянной посуды, также зеркального, каретного и оконного стекла. Этот завод стал родоначальником известных впоследствии Мальцовских заводов.

Вплоть до середины XIX в. стекло варили в тиглях. В 30‑х годах XIX в. в России появились первые ванные печи для промышленного производства стекла.

В 1856 г. Фридрих Сименс изобрел регенеративную стекловаренную печь. В ней отработанные газы подогревают камеры предварительного нагрева, облицованные огнеупорными материалами. Как только эти камеры достаточно раскалятся, в них подают горючие газы и необходимый для их сгорания воздух. Возникающие при горении газы равномерно перемешивают расплавленное стекло, иначе перемешать тысячу тонн вязкого расплава было бы далеко не просто. Температура в регенеративной печи достигает 1600 °C. Позже такой же принцип был применен для плавки стали.

Современная стекловаренная печь – это печь непрерывного действия. С одной стороны в нее подаются исходные вещества, которые благодаря легкому наклону пода движутся, постепенно превращаясь в расплавленное стекло, к противоположной стороне (расстояние между стенками печи около 50 м). Там точно отмеренная порция готового стекла поступает на охлаждаемые валки. На всю длину стометрового участка охлаждения тянется стеклянная лента шириной в несколько метров. В конце этого участка машины режут ее на листы нужного формата и размера для зеркал или оконного стекла.

Следующим значительным этапом в развитии производства листового стекла был метод машинной вытяжки стекла, который разработал Эмиль Фурко в 1902 году. При этом способе стекло вытягивается из стекловаренной печи наружу через прокатные вальцы в виде непрерывной ленты и поступает в шахту охлаждения, в верхней части которой режется на отдельные листы. Машинный способ производства стекла был усовершенствован в дальнейшем в первой половине XX в. Из самых современных способов следует выделить так называемый метод Либбея‑Оуэнса и Питтсбургский метод.

Самым последним этапом в производстве стекла был запатентованный в 1959 году разработанный английским изобретателем Пилкингтоном флоат‑метод. При этом процессе, который можно приравнять к открытиям, стекло поступает из печи плавления в горизонтальной плоскости в виде плоской ленты через ванну с расплавленным оловом на дальнейшее охлаждение и отжиг. Огромным преимуществом флоат‑метода, по сравнению со всеми предыдущими методами, является, кроме всего прочего, более высокая производительность, стабильная толщина и бездефектность стекла, а также качество поверхности.

Среди твердых веществ неорганического происхождения (камень, металл) стекло занимает особое место. Отдельные свойства стекла сближают его с жидкостью. В нем не найти кристаллов. Не существует в нем и резкого перехода при какой‑то определенной температуре от жидкого состояния к твердому (или обратно). Расплавленное стекло (стекломасса) в большом интервале температур остается твердым. Если принять вязкость воды за 1, то вязкость расплавленного стекла при 1400 °C составляет 13 500. Если охладить стекло до 1000 °C, оно станет тягучим и в 2 млн раз более вязким, чем вода. (Например, нагруженная стеклянная трубка или лист со временем прогибаются.) При еще более низкой температуре стекло превращается в жидкость с бесконечно высокой вязкостью.

Главная составляющая стекол – диоксид кремния SiO 2 , или кремнезем. В наиболее чистом виде он представлен в природе белым кварцевым песком. Диоксид кремния кристаллизуется при переходе от расплава к твердому состоянию сравнительно постепенно. Кварцевый расплав можно охладить ниже его температуры затвердения, и он при этом не станет твердым. Существуют другие жидкости и растворы, которые также можно переохладить. Но только кварц поддается переохлаждению настолько, что теряет способность к образованию кристаллов. Диоксид кремния остается тогда «свободным от кристаллов», то есть «жидкообразным».

Перерабатывать чистый кварц было бы слишком дорого, прежде всего из‑за его сравнительно высокой температуры плавления. Поэтому технические стекла содержат лишь от 50 до 80 % диоксида кремния. Для понижения точки плавления в состав таких стекол вводятся добавки оксида натрия, глинозема и извести. Получения определенных свойств достигают добавками еще некоторых химических веществ.

Знаменитое свинцовое стекло, которое тщательно шлифуется при изготовлении чаш или ваз, обязано своим блеском присутствию в нем около 18 % свинца.

Стекло для зеркал содержит преимущественно дешевые компоненты, снижающие температуру плавления. В больших ваннах (как их называют стекловары), вмещающих более 1000 т стекла, сначала расплавляют легкоплавкие вещества. Расплавленная сода и другие химические вещества растворяют кварц (как вода поваренную соль). Таким простым средством удается перевести диоксид кремния в жидкое состояние уже при температуре около 1000 °C (хотя в чистом виде он начинает плавиться при гораздо более высоких температурах). К большой досаде стекловаров, из стекломассы выделяются газы. При 1000 °C расплав еще слишком вязок для свободного выхода газовых пузырьков. Для дегазации его следует довести до температуры 1400–1600 °C.

Открытие особой природы стекла пришло лишь в XX в., когда ученые во всем мире стали проводить крупномасштабные исследования атомарной и молекулярной структуры разных веществ посредством рентгеновских лучей.

Сейчас выпускают большое количество видов стекла. По назначению различают: строительное стекло (оконное, узорчатое, стеклянные блоки), тарное стекло, техническое стекло (кварцевое, светотехническое, стекловолокно), сортовое стекло и др.

Изделия из стекла могут люминесцировать под воздействием различных видов излучения, пропускать или поглощать ультрафиолетовое излучение.

Как, вы еще не читали? Ну, это зря…

Задолго до наших дней изготовление стекла считалось трудоемким процессом, подобным созданию произведения искусства. По этой причине его цена была очень высока. В эпоху правления Тиберия один из мастеров создал небьющееся стекло, однако, по приказанию императора, он был казнен, поскольку это открытие могло стать причиной резкого снижения стоимости стекла.

Сегодня все изменилось, и ученые, работающие в этой сфере, стремятся сделать стекло как можно более дешевыми.

Археологические находки свидетельствуют о том, что первое стекло было сделано на Среднем Востоке примерно в 3000 г. до н.э. Вначале производство стекла было медленным и дорогостоящим. В древние времена стекло было предметом роскоши, и лишь немногие могли себе его позволить.

Древнейшими стеклянными предметами являются бусы и кулоны, созданные ещё в додинастическую эпоху в Древнем Египте. Египтяне знали также мозаику из стекла. Разноцветные стеклянные пластины разогревались до сплавления, а затем вытягивались для получения тонких и очень длинных полосок, нередко изображавших просто иероглифы. Эти произведения отличались удивительной тщательностью исполнения, но в то же время египтяне никогда не стремились добиться прозрачности стекла.

В Индии, Корее, Японии найдены стеклянные изделия, возраст которых относится к 2000 году до нашей эры. Раскопки свидетельствуют, что на Руси знали секреты производства стекла более тысячи лет назад.

Считается, что рукотворное стекло было открыто случайно, как побочный продукт других ремесел. В те времена обжиг глиняных изделий происходил в обычных ямах, вырытых в песке, а топ-ливом служила солома или тростник. Образующаяся при сгорании зола - то есть щелочь - при высокотемпературном контакте с песком давала стекловидную массу.

Некоторые считают стекло побочным продуктом выплавки меди. А древнеримский историк Плиний-старший (79 - 23 гг. до н.э.) писал, что стеклом мы обязаны финикийским морским купцам, которые, готовя пищу на стоянках, разводили на прибрежном песке костры и подпирали горшки кусками извести, создав тем самым условия для возникновения стекломассы.

Действительно, исходным сырьем для изготовления стекла служили песок, известь и щелочь - органическая (зола растений) либо неорганическая (сода). В качестве красителей использовались металлургические шлаки: соединения меди, кобальта и марганца.

Сегодня основным сырьем для изготовления стекла является диоксид кальция - SiO2, представляющий собой белый кварцевый песок. Его главное преимущество, по сравнению с другими веществами, заключается в том, что диоксид кальция может переходить из расплавленного состояния в твердое, минуя процесс кристаллообразования. Это дает возможность его использования для создания различных видов стекол. Кварц имеет чрезмерно высокую температуру плавления, поэтому каждая стекольная мастерская изготавливает стекло, содержащее 50-80% SiO2. Для понижения температуры плавления в стекломассу добавляют различные вспомогательные вещества: известь, оксид натрия, глинозем.

В последнем веке до н. э. стеклоделие интенсивно развивалось в Римской империи. Четкая политическая и экономическая организация, бурное строительство, разветвленные торговые связи - все это создавало условия для процветания стекольной промышленности во владениях Рима в Средиземноморье и в Западной Европе. Во времена императора Августа изделия из стекла вывозились во Францию, Германию и Швейцарию. Именно римляне первыми начали использовать стекло в архитектурных целях - особенно после открытия прозрачного стекла путем введения в стекломассу оксида марганца, случившегося около 100 гг. до н. э. в Александрии. Александрия в то время была и центром производства изделий из стекла. Всемирно известна Портлендская ваза (из двухслойного непрозрачного стекла) - возможно самый известный шедевр александрийских мастеров.

В средние века, после развала Римской империи, перемещение технологий и секретов мастерства стеклодувов сильно замедлилось, поэтому восточная и западная стеклянная посуда постепенно приобретали все больше и больше индивидуальных отличий. Александрия так и оставалась центром производства стекла на Востоке, где делалась изящная стеклянная посуда.

К концу первого тысячелетия, существенно изменились методы производства стекла в Европе. В первую очередь это коснулось состава сырья для производства. Учитывая трудности с доставкой такого компонента смеси как сода, его заменили на поташ, полученный в следствии сжигания дерева. Поэтому стекло, сделанное к северу от Альпийских гор, стало отличаться от изделий, произведенных в средиземноморских странах, например в Италии.

В XI веке немецкие мастера, а в XIII веке – итальянские освоили производство листового стекла. Они сперва выдували полый цилиндр, затем обрезали его дно, разрезали его и раскатывали в прямоугольный лист. Качество такого листа было невысоким, но практичес-ки полностью повторяло химический состав современных оконных стекол. Этими стеклами стеклили окна церквей и замков знатных вельмож. На этот же период приходится и расцвет изготовления витражных окон, в которых использовались кусочки цветного стекла.

В конце Средневековья центром европейского стекловарения становится Венеция. В тот исторический период венецианский торговый флот бороздил воды всего Средиземно-морья, что способствовало быстрому перенесению новейших технологий (особенно, с Востока) на благодатную венецианскую землю. Производство стеклянных изделий было важнейшим ремеслом в Венеции, о чем свидетельствует количество стеклодувов в этом городе - более 8000 человек. В 1271 году вышел специальный указ, которым узаконивались некоторые протекционистские меры по защите интересов стекловарения, запрещался импорт иностранного стекла, прием на работу иностранных мастеров и вывоз за границу сырья для изготовления стекла.

В конце XIII века в Венеции насчитывалось уже более тысячи стекловаренных печей. Однако, частые пожары, вызываемые их круглосуточной работой, вынудили городские власти перенести производство на расположенный поблизости остров Мурано.

Эта мера также давала некоторые гарантии в вопросе сохранения тайны производства венецианского стекла, так как мастера не имели права покидать территорию острова.
Во второй половине XV века стекольные мастера острова Мурано разработали новую технологию получения особо прозрачного стекла, в которой использовались кварцевый песок и поташ, сделанный из морских водорослей. К концу 16-го столетия 3000 жителей из 7000-го населения острова были вовлечены в стекольное производство.

В XVII веке лидерство в развитии технологии производства стекла постепенно перешло к английским мастерам, в частности, благодаря изобретению Джорджем Равенкрофтом в 1674 г. нового способа производства хрусталя. Он сумел получить более качественный состав стекломассы, чем итальянские мастера. Равенкрофт заменил поташ оксидом свинца высокой концентрации и получил стекло с высокими светоотражающими свойствами, которое очень хорошо поддавалось глубокой резке и гравировке.

Франция тоже не стояла в стороне от процесса развития стекольного производства. В 1688 году в Париже наладили новый процесс производства зеркального стекла, оптические качества которого до того времени оставляли желать лучшего. Расплавленная стекломасса выливалась на специальный стол и раскатывалась до плоского состояния. Затем начинался многоступенчатый процесс полировки поверхности, сперва грубыми чугунными дисками, затем – абразивным песком разных фракций, а в конце – фетровыми дисками. В результате получалась зеркальная поверхность с невиданными оптическими свойствами. Из такого стекла, покрытого с обратной стороны слоем серебра, получали высококачественные зеркала. Французы переманивали к себе способных венецианских мастеров, обладающих хорошими профессиональными навыками и знающих секреты мастерства. Французские власти предлагали венецианским мастерам множество стимулов: например, французское гражданство после восьми лет работы и почти полное освобождение от налогов.

Но только в конце XIX века стеклоделие из ремесленного стало перерастать в массовое промышленное производство. Одним из «отцов» сов-ременного стекольного производства можно назвать немецкого ученого Отто Шотта (1851 – 1935 гг.), который активно использовал научные методы для изучения влияния различных химических элементов на оптические и термальные свойства стекла. В области изучения оптических свойств стекла Шотт объединился с Эрнстом Эбби (1840 – 1905 гг.), профессором из Йены и совладельцем фирмы Карла Цейса. Другой значительной фигурой, внесшей вклад в массовое производство стекла, был Фридрих Симменс. Он изобрел новую печь, которая позволяла непрерывно производить намного большее количество стекломассы, чем ранее.

В конце XIX века американский инженер Майкл Оуэнс (1859 –1923 гг.) изобрел автоматическую машину для производства бутылки. К 1920 году в Соединенных Штатах уже работало примерно 200 машин Оуэнса. Вскоре и в Европе подобные машины получили широкое распространение. В 1905 году бельгиец Фурко совершил еще один переворот в стекольной индустрии. Он изобрел метод вертикального вытягивания из печи стеклянного полотна постоянной ширины. В 1914 году его метод усовершенствовал другой бельгиец – Эмиль Бишеруа, который предложил вытягивать стеклянное полотно между двух роликов, что значительно упрощало процесс дальнейшей обработки стекла.

В Америке подобный процесс вытягивания стеклянного полотна был разработан несколько позже. Затем технология была усовершенствована при поддержке американской фирмы «Либбей-Оуэнс» и начала использоваться для коммерческого производства в 1917 году. Флоат-метод был разработан в 1959 году фирмой «Пилкингтон». При этом процессе стекло поступает из печи плавления в горизонтальной плоскости в виде плоской ленты через ванну с расплавленным оловом на дальнейшее охлаждение и отжиг.

Преимуществами этого метода по сравнению со всеми предыдущими являются стабильная толщина стекла, высокое качество поверхности стекла, не требующее дальнейшей полировки, отсутствие оптических дефектов в стекле, высокая производительность процесса. Наибольший размер получаемого стекла, как правило, составляет 6 на 3.21 м., а толщина листа может быть от 2 до 25 мм.

В настоящее время в мире производится около 16 500 миллионов тонн листового стекла в год. Как же выглядит процесс изготовления стекла сегодня? Прежде чем из набора химических элементов появится изящное зеркало, красивая ваза или легкая стеклянная мебель, эти вещества должны пройти ряд процедур. Создавая стекло или зеркало, первым делом в огромных ваннах, которые вмещают до тысячи тонн стекла, расплавляют вещества, имеющие низкую температуру плавления. Затем туда добавляют кварцевый песок, который успешно расплавляется при температуре 1000 градусов. Но на этом процесс нельзя считать законченным: необходимо произвести дегазацию полученной стекломассы. Для этого ее нагревают в специальных регенерационных печах до температуры 1400-1600 градусов. В процессе выхода на поверхность газы способствуют равномерному перемешиванию стекла.

Печь для производства стекла работает в непрерывном режиме. С одной стороны, туда подаются ингредиенты, в результате смешения которых будет создано стекло. Постепенно они превращаются в расплавленную стекломассу и впоследствии поступают на специальный конвейер, на котором стекло охлаждается и разрезается на листы нужного размера. Для того, чтобы создать не обычное стекло, а зеркало, мастера в процессе движения застывшего стекла по конвейеру покрывают его сначала тончайшим слоем серебра, затем - слоем меди и, наконец, лаком. За одну минуту такой обработки удается создать зеркало длиной 2,5 метра, а за месяц на такой печи производят зеркало площадью 40 000 кв. м.

По химии за 11 класс (О.С. Габриелян, 2007 год),
задача №5
к главе «§10 Твердые вещества ».

Знаете ли Вы человека, который бы не был знаком со стеклом? Думаю, нет. Каждый день мы так или иначе соприкасаемся с эти волшебным материалом, и наша жизнь без него немыслима. Как же оно появилось на свет и кто его изобрел?

Я расскажу Вам об этом кратко, так как главная моя ода будет посвящена бутылке -- самому совершенному, безупречному и гармоничному творению человека за всю историю его существования.

Стекло известно людям около 55 веков. Самые древние образцы обнаружены в Египте. В Индии, Корее, Японии найдены стеклянные изделия, возраст которых относится к 2000 году до нашей эры. Согласно раскопкам, на Руси знали секреты производства стекла более тысячи лет назад. Версий о происхождении стекла много, вот некоторые из них:

Рукотворное стекло было открыто случайно, как побочный продукт других ремесел. Обжиг глиняных изделий происходил в обычных ямах, вырытых в песке, а топливом служила солома или тростник. Образующаяся при сгорании зола (щелочь) при высокотемпературном контакте с песком дает стекловидную массу.

Другие считают стекло побочным продуктом выплавки меди.

Это была случайность, по крайней мере, так рассказывает древняя легенда в пересказе Плиния-старшего (79 - 23 гг. до н.э.). В ней говорится, что группа финикийских купцов, возвращаясь из Египта с большим грузом глыб селитры, остановилась отдохнуть на берегу реки в Сирии. Не найдя камней, чтобы поставить посуду для приготовления ужина, они решили воспользоваться глыбами из своего груза. Огонь, разложенный под массой селитры, продолжал гореть всю ночь. Утром купцы с изумлением увидели, что вместо речного песка и золы там был новый блестящий и прозрачный материал - образовалось стекло. Сирия была одним из первых мест изготовления стекла на земле (по другим версиям это был северо-запад Ирана), а финикийские торговцы продавали изделия из стекла во всех средиземноморских странах.

В любом случае, изобретение стекла в 2200 году до н.э. попало в список самых значимых открытий в истории эволюции материалов. Вслед за керамикой стекло стало вторым обрабатываемым неметаллом из известных на тот момент материалов.

Другой страной, где изготовление стекла было известно издревле, был Египет. Стеклянные бусы и амулеты находили в гробницах, которые относятся к 7000 году до н.э. Около 1500 года до н.э. египтяне уже делали собственное стекло. Для этого они использовали смесь измельчённой кварцевой гальки и песка. Они также обнаружили, что если прибавить к этой смеси кобальт, медь или марганец, то можно получить стекло голубого, зелёного и пурпурного цвета. После 1200 года до н.э. египтяне научились отливать стекло в стеклянных формах. Но трубка для выдувания стекла была неизвестна вплоть до начала христианской эры, когда её изобрели финикийцы. В некоторых странах мира такими трубками пользуются в стеклодувных мастерских и сейчас. Большими умельцами по части изготовления стекла были римляне, которые первыми начали делать тонкие оконные стекла. Художественными изделиями из стекла прославилась Венеция. В 13 веке многочисленные заводы по изготовлению изделий из стекла переместились из Венеции на соседний остров Мурано, из-за частых пожаров, вызываемых круглосуточной работой стекловаренных печей. Итальянский Мурано до настоящего времени - центр изготовления штучных изделий из стекла вручную.

В XVI-ом веке стекло уже производили по всей Европе. В настоящее время широко известно своей красотой богемское стекло, выпускаемое в Чехии. Далее благодаря изобретению англичанином Джорджем Равенкрофтом в 1674 г. нового способа производства хрусталя, был получен более качественный состав стекломассы, чем у итальянских мастеров.

Равенкрофт заменил поташ оксидом свинца высокой концентрации и получил стекло с высокими светоотражающими свойствами, которое очень хорошо поддавалось глубокой резке и гравировке. Основными странами производства высококачественной хрустальной столовой посуды из стекла с высоким содержанием свинца стали Швеция, Англия и Ирландия.

Первое упоминание о русском стекольном заводе - он был построен под Москвой возле деревни Духанино - относится к 1634 году.

И только в конце XIX века стеклоделие из ремесленного стало перерастать в массовое промышленное производство и стало предметом повседневного быта.