Открытия и изобретения, о которых должен знать современный человек

Стекла являются промежуточным состоянием между твердым телом и газом, от жидкостей их отличает лишь крайне высокая плотность. Из-за этого аморфные тела внешне проявляют почти все существенные признаки твердых, хотя атомы внутри этих тел не занимают строго определенного положения. Таким образом, стекла никогда не образуют многогранных кристаллов. Название «стекло» было присвоено аморфным телам не случайно. Получить данное агрегатное состояние для какого-либо другого вещества, кроме стекла, довольно-таки трудно. В природе можно встретить тектиты, происхождение которых связывают с падением на нашу планету метеоритных тел, и вулканическое стекло. Тектиты представляют собой твердые каплевидные шарики темного цвета, которые находят в породах на всех континентах, за исключением Южной Америки. Во время падения метеоритного объекта грунт, в который врезается космическое тело, подвергается мощному ударному воздействию. В результате происходит взрыв раскаленного метеорита, и на земле образуется воронка-астроблем, называемая метеоритным кратером.

Астроблемы имеют форму чаши, а сверху выглядят кольцевыми структурами. Во время взрыва грунт внутри кратера разрушается и частично оплавляется, после чего оказывается выброшенным с высокой скоростью в небо. Постепенно дожди и ветра разрушают следы астроблема, а сами тектиты оказываются похороненными под слоем песков и прочего обломочного материала. Иногда они сохраняются на поверхности, причем в большом количестве.

В Австралии слезовидные тектиты, возраст которых датируется 600 тыс. лет, удается найти даже в желудках страусов эму, а также в гнездах шалашников, которые обожают собирать разнообразные блестящие предметы. Австралийские камни-капли относятся к семейству сравнительно молодых тектитов, к которым причисляются также найденные на Яве и Филиппинских островах. Гораздо древнее группа молдавитов, обнаруженных в Восточной Европе, главным образом в Чехии. Их возраст равняется 14,8 млн лет. Возраст же техасских тектитов насчитывает 30 млн лет.

Оплавленная масса грунта, образующая под действием взрывной волны капельки-тектиты, во время застывания превращается в стекло, а точнее, переходит в аморфоподобное состояние. Вулканическое стекло возникает при застывании лавовой массы, исторгнутой из недр вулкана. Нередко оно несет на себе следы двойного оплавления. Повторно стекло оплавляется тогда, когда поверх застывшей лавы течет новый раскаленный поток, плавящий подстилающее его вещество. Так возникает аморфоподобная масса.

Все прочие виды аморфных и аморфоподобных веществ, известных науке, были получены человеком. Таким образом, к моменту открытия данного агрегатного состояния наука располагала подробными сведениями о свойствах главным образом одного лишь стекла. И уже после глубокого изучения строения стекла стало возможным получение в лабораториях и на производстве новых видов аморфных тел, также названных стеклами.

Получить аморфное тело можно не из каждого вещества. Больше всего подходят для этой цели расплавы с высокой вязкостью, причем чем выше вязкость жидкости, тем выше вероятность получения из последней стекла. Условием образования аморфной массы является чрезвычайно быстрое охлаждение жидкости. При плавном охлаждении избыточная тепловая энергия уходит в окружающую среду поэтапно, что позволяет хаотическим молекулам жидкости выстроиться в кристаллическую структуру. В веществе возникает дальний порядок одновременно с возрастанием вязкости, и оно становится твердым телом.

Если же скорость оттока тепловой энергии высока, то вязкость вещества увеличивается задолго до того, как между молекулами установится дальний порядок. Структура охлажденного вещества по-прежнему остается неправильной или почти неправильной, тогда как вязкость резко отличается от таковой, свойственной жидкостям. Тело переходит в новое агрегатное состояние, аморфное.

Изобретаются новые стекла

Сегодня разработаны технологии получения различных видов аморфных веществ, в первую очередь настоящих стекол. Несмотря на низкую в сравнении с твердокристаллическими телами вязкость, аморфные вещества обладают массой выгодных преимуществ, которых полностью лишены первые. Во-первых, к числу неоспоримых достоинств стекол следует отнести отсутствие дефектов строения.

Строго упорядоченная структура кристалла в некоторых своих участках имеет неизбежные нарушения. Это т. н. отклонения (дефекты) во внутреннем строении. Они возникают при возникновении твердого тела, при внешних воздействиях на него и при обработке. Иногда такие дефекты оказываются очень серьезны. Аморфные тела свободны от внутренних дефектов, потому что их строение хаотическое, близкое к таковому у жидкостей. То есть атомы друг относительно друга не упорядочены, а потому отклонений в их системе быть не может.