Szkło i jego zastosowanie.

SZKŁO to substancja, o właściwościach mechanicznych zbliżonych do ciała stałego, powstałego w wyniku przechłodzenia stopionych surowców, głównie minerałów i innych surowców nieorganicznych. Z prostych składników, takich jak: czysty piasek kwarcowy - SiO2, soda - Na2CO3 i wapień - CaCO3, można otrzymać szkło.
Brak uporządkowanej struktury w przestrzeni zbliża szkło do cieczy, natomiast sztywność i kruchość do ciał stałych. W życiu codziennym termin szkło kojarzy nam się z szybami okiennymi. Jest to dowód na to, że szkło dobrze przepuszcza promienie widzialne (ok.90%).
Szło ma kilka pożytecznych cech: nie przewodzi ciepła ani elektryczności i ma twardą powierzchnię nie reagującą z większością chemikaliów. Szkło w stanie ogrzewania stopniowo mięknie i powoli przechodzi w gęstą ciecz. W czasie oziębiania ciecz staje się coraz mniej płynna, stopniowo przechodzi w masę plastyczną dającą się formować, aż wreszcie zastyga w postaci zupełnie sztywnej. Ani w czasie ogrzewania, ani w czasie studzenia szkła nie możemy stwierdzić określonej, stałej temperatury, w której następuje topnienie lub krzepnięcie. Wiemy jednak jak wygląda ułożenie atomów tlenu i krzemu w stanie krystalicznym (a), w stanie szklistym(b) .W stanie krystalicznym atomy ułożone są w kształcie jakiejś figury geometrycznej np. sześcianu, a w stanie szklistym uporządkowane są asymetrycznie, jak przedstawia to rysunek.

HISTORIA
Pierwsze ośrodki szklarskie powstały prawdopodobnie w Babilonii i Egipcie prawie 3 000 lat p.n.e. W czasach nowożytnych rozkwit produkcji szkła wiązał się z założeniem hut szkła we Włoszech i na wyspie Murano obejmującej pięć wysp w Lagunie Weneckiej. Rozpoczęto w nich produkcję luster. W Polsce pierwsze wyroby ze szkła odkryto na przełomie X/XI wieku.
Przemysł szklarski na całym świecie zaczął się szybko rozwijać w XX wieku. Wtedy też skonstruowano pierwszą maszynę do automatycznej produkcji opakowań szklanych.
W dzisiejszych czasach do krajów o bardzo wysoko rozwiniętym przemyśle szklarskim należą: USA, Japonia, Rosja, Niemcy, Francja i Wlk. Brytania.
W Polsce wyroby te produkowane są głównie w hutach w Sandomierzu, Piotrkowie Trybunalskim, Krośnie, Wałbrzychu i Szklarskiej Porębie.

HUTY SZKŁA
Obecnie szkło produkuje się w hutach szkła.
Huty szkła to zakłady wytapiające i wytwarzające produkty szklane. Surowce szklarskie po odważeniu i zmieszaniu zasypuje się do pieców szklarskich ogrzanych do temperatury kilku tysięcy stopni Celsjusza i wytapia się masę szklarską. Z tej masy natomiast formuje się odpowiednie wyroby przez prasowanie, ciągnienie, walcowanie, wydmuchiwanie lub wytłaczanie w formach. Po kilku tygodniach stygnięcia i twardnienia, szkło nadaje się do użytku.

BARWA
Barwę szkłu nadają różne składniki.
Po dodaniu manganu(Mn) i niklu(Ni) szkło zabarwi się na fioletowo natomiast po dodaniu żelaza(Fe) i chromu(Cr) na zielono.
Naukowcy opracowali jeszcze wiele innych kombinacji łączenia pierwiastków do otrzymywania różnych kolorów szkła. Dla otrzymania jeszcze większej ilości odcieni szkła dodaje się też bieli cynkowej (ZnO), substancji barwiących oraz odbarwiających. W ten właśnie sposób możemy otrzymać każdy kolor, który jest nam potrzebny.
Dodanie glinu i boru powoduje natomiast wzrost odporności mechanicznej i termicznej szkła, a gdy dodamy tlenku ołowiu, w szkle zmieni się współczynnik załamania światła.
Tak, więc dla uzyskania specjalnego rodzaju szkła, wystarczy dodać do niego odpowiednie składniki.

ZASTOSOWANIE SZKŁA
Szkło dzięki swoim cechom znajduje zastosowanie we wszystkich dziedzinach życia.
Jest ono stosowane jako:
optyczne - pryzmaty, soczewki czyli specjalnie uformowane kawałki szkła
okienne - szyby okienne
laboratoryjne - sprzęt laboratoryjny
budowlane - wata szklana, płyty wykładzinowe, izolacja cieplna (szkło piankowe)
stołowe - szklanki, kieliszki, wazony, talerze, ozdobne dzbanki
elektrotechniczne - żarówki, izolatory
butelkowe - butelki
na opakowania - słoiki i inne szklane opakowania, przydatne w różnych dziedzinach życia
Tworzywa sztuczne wzmacnia się włóknami ze szkła. Powstaje wtedy materiał zwany kompozytem, stosowany do budowy karoserii samochodowych.
Materiały ceramiczne są odporne na wysokie temperatury. Płytki ceramiczne chronią wnętrze statku kosmicznego przed nagrzaniem podczas wchodzenia w atmosferę.

RODZAJE SZKŁA
Szkło bezpieczne jest to rodzaj specjalnego szkła, które w wyniku hartowania po rozbiciu rozpada się na małe kawałki o zaokrąglonych, nie kaleczących krawędziach.
Jednym z rodzajów tego szkła jest szkło zbrojone. Jest ono walcowane z wtopioną siatką metalową, co zapobiega rozpryskiwaniu się szkła przy pęknięciu. Szkło to jest głównie stosowane w budownictwie i motoryzacji (szyby samochodowe)

Szkło wodne jest to syropowatej gęstości ciecz będąca wodnym roztworem krzemianu sodu lub potasu. Stosowane jest do ochrony przeciwogniowej tkanin, papy, drewna i do wyrobów kitów i farb ognioochronnych.

Szkło ołowiowe jest łatwo topliwe i ma duży współczynnik załamywania światła. Z tego powodu służy do wyrobu kryształów i soczewek.

Szkło potasowe składa się głównie z K2O(tlenku potasu), CaO(tlenku wapnia) i SiO2(tlenku krzemu). Jest to szkło trudno topliwe, więc znalazło sobie zastosowanie w laboratoriach chemicznych. Jest ono niezastąpione, gdyż nawet na lekcjach chemii często ogrzewamy probówki do wysokich temperatur. Zwykłe szkło w tych warunkach odkształciłoby się i niemożliwe byłoby przeprowadzania doświadczeń laboratoryjnych.

Szkło sodowe ma natomiast niską temperaturę topnienia. Składa się głównie z tlenku: sodu, wapnia i krzemu. Ma bardzo duże zastosowanie w życiu codziennym. Z pewnością sami nie zdajemy sobie sprawy, jak często się z nim spotykamy. Szkło to służy do wyrobu sprzętów codziennego użytku takich jak: szklanki, naczynia i szyby okienne. Również stosujemy je do produkcji opakowań szklanych; butelek i słoików.

Szkło kwarcowe składa się głównie z tlenku krzemu. Jest trudno topliwe. Ma dużą odporność na zmiany temperatury. Cechuje je też dobra przepuszczalność promieni widzialnych. Szkło kwarcowe znalazło sobie zastosowanie w produkcji naczyń laboratoryjnych i elementów aparatury optycznej. Jednak głównie służy do produkcji lamp kwarcowych.

Szkło artystyczne kształtuje się na gorąco z masy płynnej. Wyroby szklane dekoruje się emaliami i złoceniem, szlifowaniem, grawerowaniem, punktowaniem i rysowaniem diamentem. Można też trawić powierzchnię kwasem i matować piaskiem. Współcześnie w wytwarzaniu szkła artystycznego wykorzystuje się przede wszystkim możliwości, które oferuje sam materiał.
Kształtowanie szkła ciekłego daje w efekcie nowe, bogate formy przedmiotów. Produkcja ta może odbywać się automatycznie przy użyciu maszyn lub własnoręcznie.
Przedmioty wykonane przez artystę rzeźbiarza mogą stać się dziełem sztuki. Istnieje już nawet Muzeum Szkła Artystycznego w Murano; mieście, w którym przed wiekami zaczęto produkować szkło.

Ogólnie szkło jest materiałem powstałym w wyniku przechłodzenia stopionych surowców, głównie minerałów i innych surowców nieorganicznych, bez krystalizacji składników, dobrze przepuszcza promieniowanie widzialne (ok. 90%), wykazuje dużą wytrzymałość na ściskanie, lecz małą na zginanie i rozciąganie, jest kruche; odporne na wpływy atmosfery, na działanie kwasów (z wyjątkiem kwasu fluorowodorowego), znacznie mniej na działanie zasad.
Szkło znane jest od około 4000 lat przed Chrystusem. Najstarszymi wyrobami szklanymi są drobne kulki i wisiorki, które były ozdobami starożytnych Egipcjan. To właśnie z Egiptu pochodzą najstarsze znane naczynia szklane wyprodukowane około 3000 lat temu. Około 1500 lat przed Chrystusem wytwarzano pierwsze naczynia szklane. Technologia wytwarzania była następująca: paski gorącego plastycznego szkła owijano wokół rdzenia o kształcie pożądanego naczynia a następnie stapiano tak utworzoną powłokę w całość. Wytwarzanie naczyń w sposób analogiczny do używanego do dnia dzisiejszego wynaleziono w Fenicji około 2000 lat temu. Polegał on na nagniatanie na koniec długiej cienkiej rurki stopionej bryłki szkła i wydmuchiwanie dowolnych kształtów naczynia.
Już w starożytności szkło znalazło zastosowanie w "budownictwie". Małe płytki szklane były osadzane w ramkach z brązu. Jednak ze względu na bardzo duże koszty tak "produkowanych" okien stosowano je tylko w bardzo wyjątkowych budynkach.
Na początku XX wieku opracowano sposób ciągłej produkcji szkła. Ze stopionej masy szklanej formuje się wstęgę, która przechodząc proces walcowania kształtowana jest w płaty o ściśle określonej grubości. Obecnie szkło używane do produkcji pakietów szybowych jest szkłem krzemowo-sodowo-wapiennym - jego skład to: krzemionka (piasek) 70-72%, topnik (soda -węglan lub siarczan) -14%, stabilizator ( tlenek wapnia) -10%, dodatków nadających pożądane właściwości mechaniczne i optyczne.

Materiały stosowanie do wyrobu szkła - wsad- nie są drogie. Droga jest natomiast energia, potrzebna do ich stopienia. Sposobem na jej oszczędzenie jest wielokrotne używanie butelek. Szklana butelka ( np. na mleko) może być używana nawet 25 razy i więcej razy.
Niestety większość szklanych butelek czy słoi jest używana tylko jeden raz. Opakowań szklanych nie należy wyrzucać do śmieci - mogą być użytek jako surowiec wtórny. W wielu krajach, również w Polsce ustawia się specjalne pojemniki na szkło ( np. w Anglii zbiera się w ten sposób około 6 milionów butelek tygodniowo). Szkło gromadzone w pojemnikach jest przewożone do hut szkła i używane do ponownej produkcji wyrobów szklanych.