Szkło jest ciałem stałym bezpostaciowym (amorficznym), co oznacza, że ma nieuporządkowaną strukturę wewnętrzną. To powoduje, że szkło nie ma ściśle określonej temperatury topnienia. Tworzywo to powstaje w wyniku przechłodzenia stopionych surowców do stanu stałego bez krystalizacjikrystalizacjakrystalizacji składników. Szkłem nazywana jest każda substancja rentgenograficznie bezpostaciowa, która przeszła przemianę zeszklenia (witryfikacji).

Pod względem chemicznym szkło jest mieszaniną zawierającą substancje szkłotwórcze i modyfikujące. Oprócz nich może zawierać substancje barwiące lub odbarwiające, przyśpieszające topnienie (topniki) lub klarowanie.

Substancje szkłotwórcze są to substancje posiadające wysoką lepkość w stanie stopionym blisko temperatury topnienia. Tworzą one duże zespoły atomów lub jonów o kształtach nieizomerycznych, np. łańcuchy. Charakteryzują się także niską liczbą koordynacyjną, czemu sprzyja typ wiązania atomowego.

• pierwiastki: siarka ($\text{S}$), selen ($\text{Se}$), tellur ($\text{Te}$), astat ($\text{As}$), węgiel ($\text{C}$), bor ($\text{B}$), krzem  ($\text{Si}$), fosfor ($\text{P}$);

• tlenki: tlenek krzemu$\left(\text{IV}\right)$ (${\text{SiO}}_2$), tlenek boru (${\text{B}}_2{\text{O}}_3$), tlenek fosforu($\text{V}$) (${\text{P}}_4{\text{O}}_{10}$), tlenek germanu($\text{IV}$) (${\text{GeO}}_2$), tlenek arsenu($\text{V}$) (${\text{As}}_2{\text{O}}_5$);

• związki z grupą hydroksylową: alkohole, gliceryna (propano-$1$,$2$,$3$-triol);

• polimery organiczne: poli(metakrylan metylu).

R2uaS3EVcqMWn

Ilustracja przedstawia polimer, poli(metakrylan metylu). Związek ten ma budowę łańcuchową i składa się z powtarzających się jednostek budulcowych, to jest merów. Każdą wspomnianą jednostkę stanowi grupa metylenowa połączona z atomem węgla. Atom ten związany jest grupą metylową ${\text{CH}}_3$, grupą estrową ${\text{COOCH}}_3$ oraz kolejną analogiczną jednostką. A więc łączy się z grupą metylenową ${\text{CH}}_2$ pochodzącą od kolejnego meru.

Wspomniane topniki to związki chemiczne mające za zadanie obniżyć temperaturę topnienia surowców szkłotwórczych. Topnikami są surowce węglanowe:

• węglan sodu (${\text{Na}}_2{\text{CO}}_3$),

• węglan potasu (${\text{K}}_2{\text{CO}}_3$),

• węglan wapnia (${\text{CaCO}}_3$).

Związkami wpływającymi na właściwości szkła są modyfikatory:

• surowce węglanowe: węglan baru (${\text{BaCO}}_3$), węglan magnezu (${\text{MgCO}}_3$);

• tlenki: tlenek ołowiu($\text{II}$) ($\text{PbO}$), tlenek cynku ($\mathrm{ZnO}$), tlenek glinu (${\text{Al}}_2{\text{O}}_3$).

RJJ62UTO42N2T

Zdjęcie ukazuje ciemnoniebieską zawieszkę w kształcie łezki.

W trakcie produkcji szkła wykorzystywane są także surowce pomocnicze, mające za zadanie odgazowanie stopu (klarowanie):

• azotan($\text{V}$) sodu (${\text{NaNO}}_3$),

• azotan($\text{V}$) potasu (${\text{KNO}}_3$),

• siarczan($\text{VI}$) sodu (${\text{Na}}_2{\text{SO}}_4$).

Do surowców pomocniczych należą także związki barwiące i odbarwiające.

„Zmącenie” szkła uzyskiwane jest poprzez wprowadzenie do niego dużej ilości drobnych cząstek (kryształów) mających inny współczynnik załamania światła niż szkło. Do surowców pomocniczych mających za zadanie „zmącenie” szkła zalicza się: kriolit, fluoryt, kaolin, tlenek cyny$\left(\text{II}\right)$, tlenki antymonu i fosforan$\left(\text{V}\right)$ wapnia.

R1CmqzJPeKtsZ

Na zdjęciu są trzy butelki w różnych odcieniach, o różnym stopniu przezroczystości.

Szkło krzemianowe jest najpopularniejszym rodzajem szkła. Do jego produkcji wykorzystuje się tlenek krzemu($\text{IV}$) (${\text{SiO}}_2$), węglan wapnia (${\text{CaCO}}_3$) oraz węglan sodu (${\text{Na}}_2{\text{CO}}_3$). Zmielone surowce ogrzewa się w piecu do temperatury około $1500°\text{C}$. W tak wysokiej temperaturze węglany ulegają rozkładowi na tlenki metali i tlenek węgla($\text{IV}$).

Powstałe tlenki metali reagują następnie z tlenkiem krzemu($\text{IV}$), tworząc mieszaninę krzemianów:

Uzyskaną masę szklaną ochładza się do temperatury $1000°\text{C}$, a następnie poddaje się ją formowaniu i powoli ochładza do temperatury pokojowej.

RGuneHI0HAZL3

Ilustracja przedstawia jednostkę elementarną ${\left[{\text{SiO}}_4\right]}^{4-}$. Atomy są rozmieszczone w czworościanie foremnym w następujący sposób. Atom krzemu S i, reprezentowany przez czarną kulkę, znajduje się w środku tetraedru i łączy się za pomocą wiązań pojedynczych z czterema atomami tlenu symbolizowanymi przez niebieskie kulki, które są rozmieszczone w czterech narożach czworościanu. Krawędzie w czworościanie zaznaczono przerywanymi liniami.

Szkło było używane w połowie $4000 \text{r}. \text{p}.\text{n}.\text{e}.$ na terenach ówczesnej Mezopotamii.

R1XfLyScJJ4uT1

Ilustracja przedstawia portret Pliniusza Starszego. Mężczyzna ma kręcone włosy i brodę. Na ramionach ma spiętą z prawej strony tkaninę.

R1Ov1VlQtYFer

Na zdjęciu na zielono obitym stole ustawione są matowe, szklane miski i wazony o różnych kształtach, przypominających okrągłe kolby i cylindry.

R1RMKmYyfG71h

Na zdjęciu ukazany jest kamienny, jasny budynek z gotyckimi oknami, przez które widać kolorowe witraże.

RKSJrHnn5sB3z

Zdjęcie przedstawia kolorowe, szklane kielichy na ozdobnych, grubych, przezroczystych nóżkach, które ustawione są na białym obrusie.

Rd21vJrHt3LGC

Zdjęcie koncentruje się na dwóch mężczyznach, którzy utrzymują na podstawce długi, metalowy pręt, na końcu którego znajduje się pomarańczowo‑żółta kula szkła. Jeden z nich ma na sobie rękawice ochronne. W tle piec, w którym pali się ogień. Pod ścianą pomieszczenia stoi trzeci mężczyzna.

Szkło składa się z bardzo drobnych krystalitów (wielkość $\mathrm{1,5}$–$2 \mathrm{nm}$), połączonych przypadkowo przez „pustki” – obszary o luźniejszym upakowaniu.

Szkło krzemionkowe ma strukturę stanowiącą ciągły szkielet zwany więźbą. Stanowią go powiązane ze sobą przypadkowo czworościany.

Rd5gFJPQzcVEv

Na ilustracji znajdują się dwa modele. Pierwszy prezentuje teorię krystalitową Lebiediewa – struktura zbudowana z bardzo drobnych krystalitów – sześcioczłonowych pierścieni zbudowanych z ostrosłupów, połączonych ze sobą poprzez obszary o luźniejszym upakowaniu, puste miejsca, w sposób przypadkowy. Drugi - strukturalna teoria Zachariasena – na ilustracji struktura szkła krzemionkowego stanowiącego zwarty, ciągły szkielet. Model zbudowany z nieuporządkowanych powiązanych ze sobą czworościanów.

Przygoda ludzkości ze szkłem trwa. W dalszym ciągu szkło fascynuje architektów i artystów. Pozostaje ciekawym materiałem naukowych dociekań. Jest ono niezastąpione zarówno w kuchni, jak i laboratorium. Pomaga uchwycić piękno, stworzyć niepowtarzalny charakter wnętrza czy chronić przed zimnem. Dzięki możliwości ponownego wykorzystania jest materiałem ekologicznym. Zastosowanie szkła jest ciągle tematem otwartym. Ogranicza nas tylko wyobraźnia.

R1dJISbm7I05h

Na zdjęciu znajduje się oryginalna bryła budynku wykonana ze szkła. Bryła ma falisty kształt. Szklane okienka mają postać sieci stykających się ze sobą pionowych rombów. Nad ich górną częścią są małe daszki. Całość przypomina nieco ciało zwierzęcia pokryte łuskami.

R11aYIyTs8Rrx

Zdjęcie przedstawia kombinerki oraz elementy szklane, które służą do stworzenia kolorowych ozdób i biżuterii.

RM9ZxHoaKL8oi

Na zdjęciu znajduje się okrągły kosz do segregacji odpadów na szkło. W otwór włożone są szklane butelki.

R4MRCUN08iuvB

Na zdjęciu znajdują się ozdobne, zapalone lampki LED zamknięte w szkle o kształcie gruszki - imitują efekt żarówki.

R19nLQ9srAUk1

Zdjęcie przedstawia szklane kolby laboratoryjne o różnych objętościach, wypełnione bezbarwną lub jasnobrązową, klarowną cieczą.

R1l3yGfzw43Sk

Zdjęcie przedstawia półki, na których stoją słoiki z przetworami z owoców. Wieczka słoiczków zakryte są białym papierem i umocowane za pomocą gumki recepturki.

Słownik

Bibliografia

James E. Shelby, Introduction to Glass Science and Technology, The Royal Society of Chemistry, 2005

Wacław Nowotny, Technologia szkła, cz. I, Warszawa, 1985

Maria Dekówna, Badania nad początkami szklarstwa i wyrobami szklanymi na ziemiach polskich: problemy i metody badań. Zarys., Przegląd archeologiczny, Vol. 65, 2017

L. A. B. Pilkington, The Float Glass Process, Review Lecture. „Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences”. 314 (1516), 1969. The Royal Society.

Kazmierz Maślankiewicz, Kwartalnik Historii, Nauki i Techniki 8/2, 1963, 278‑282.
(https://bazhum.muzhp.pl/media//files/Kwartalnik_Historii_Nauki_i_Techniki/Kwartalnik_Historii_Nauki_i_Techniki-r1963-t8-n2/Kwartalnik_Historii_Nauki_i_Techniki-r1963-t8-n2-s278-282/Kwartalnik_Historii_Nauki_i_Techniki-r1963-t8-n2-s278-282.pdf)