Всё что делает нашу жизнь проще

В древних кратерах Марса — местах падения метеоритов — обнаружены следы стекла. Большие скрытые отложения стекла были обнаружены с помощью спектрометра орбитального аппарата Mars Reconnaissance Orbiter.

Анализ спутниковых данных, проведенный группой исследователей из Университета Брауна (США) показывает, что в момент столкновения Красной планеты с другими космическими телами выделялось огромное количество тепла, что и стало причиной образования стекла в кратерах Марса.

«Положи образуются при падении на планету крупных небесных тел, при столкновении с которыми выделяется колоссальное количество энергии, и почва буквально плавится»

Джим Грин, глава подразделения NASA по изучению планет

По словам руководителей исследования Кевина Кэннона и Джека Мустарда, большие отложения стекла есть в нескольких старых и пока еще не очень хорошо изученных кратерах, которые разбросаны по марсианской поверхности.

Один из таких кратеров под названием Hargraves диаметром 68 км и глубиной 650 км расположен на территории Ниле — местности, богатой гидротермальных изломами. По предположениям ученых, в древности эта местность могла быть пригодной для жизни, и следы живых существ могли сохраниться в образцах стекла.

Аналогичное явление специалисты наблюдали в прошлом году на Земле: в образцах стекла, взятых из древнего ударного кратера в Аргентине, оказались органические молекулы и растительный материал. Это дает ученым надежду найти внеземные формы жизни в стеклянных образцах с марсианских кратеров.

«Если падение метеоритов задело глубокие слои поверхности, то есть вероятность того, что остатки древнего марсианского жизни могли быть заперты в какую стеклянную ловушку»

Джек Мустард

Поэтому ученые рассматривают кратер Харгрейвс в качестве перспективного места для посадки нового марсианского ровера в 2020 году и, в будущем, корабля с астронавтами.

---

---

Стекло (неорганическое стекло) — твердая аморфное вещество, прозрачная, в той или иной части оптического диапазона (в зависимости от состава), полученная при застывания расплава, что склотвирни компоненты.

Склотвирний компонент — вещество (оксид, сульфид, селенид, телерадио или фторид элемента), которая в процессе застывания расплавленной массы образует стекло.

Под стеклом понимают сплавы различных силикатов с избытком диоксида кремния. Расплавленное стекло не сразу затвердевает при охлаждении, а постепенно увеличивает свою вязкость, пока не превратится в однородную твердое вещество. Стекло при твердении некристаллизующийся, поэтому оно не имеет резко выраженной точки плавления. В отличие от кристаллических материалов стекло, при нагревании в соответствующем температурном интервале размягчается постепенно, переходя из твердого хрупкого состояния в тягучий высоковязкий и далее — в текучее состояние — стекломассу.

Происхождение и применение

В природе стекло встречается в составе вулканических пород, которые быстро охладели из жидкой магмы при взаимодействии с холодным воздухом или водой. Иногда стекло встречается в составе метеоритов, расплавленных при прохождении атмосферы.

Когда установили идентичность строения, состава и свойств обычного силикатного стекла ряде минералов, последние стали квалифицироваться как разновидности его природные аналоги, получая названия в соответствии с условиями формирования: вулканическое стекло (пемза, обсидианы, пехштейн и др.), Стекло метеоритного происхождения — тектитами (молдавиты , леветь и др.).

Стекло, используемое в промышленных масштабах — материал искусственного происхождения, которому присущи такие основные характеристики, как прозрачность, твердость, химическая стойкость, термостойкость. Кроме того, стекло обладает свойствами, которые оговариваются его прозрачностью, электрическими и термомеханическими параметрами. Благодаря этому стекло широко используется почти во всех областях техники, медицине, в научных исследованиях и в быту.

Применение

Из стекла производят волокно, вату, ткани и др. Эти материалы отличаются значительной механической прочностью, негорючестью, кислотоустойчивостью и высокими тепло- и электроизоляционными свойствами. Они имеют широкое применение в различных областях техники и строительном деле.

В связи с его упомянутыми электрофизическими свойствами, стекло применяют для изготовления низко- и высоковольтных изоляторов, баллонов и ножек осветительных и электронных ламп, газоразрядных приборов, тонко и толстостенных газонепроницаемых и вакуумщильних оболочек, различных электровакуумных приборов, рентгеновских трубок, компонентов электрических цепей , имеющие специфические электрофизические свойства.

История

По обще составленной исторической мнением технологии изготовления стекла впервые начали использовать около 2500-3000 г.г. до н. е. в Междуречье и Египте, поскольку глазированные стеклом фаянсовые украшения, возраст которых насчитывает пять тысяч лет, находили именно там. Археология Междуречье, особенно периода Древних Шумера и Аккада, склоняет исследователей к тому, что менее старинному образцу производства стекла следует считать памятник, найденную в Междуречье в районе Ашнунаку — цилиндрическую печать из прозрачного стекла, датируется периодом династий аккадского государства, то есть возраст ее — около четырех с половиной тысяч лет. Бусина зеленоватого цвета диаметром около 9 мм, хранящейся в Египетском музее в Берлине, считается одним из древнейших образцов стекла. Найдена она была египтологом Питри около Фив, по некоторым допущениями ей пять с половиной тысяч лет. Ученый Н. Качалов утверждает, что на территории Старовавилонского царства археологи постоянно находят сосудах для благовоний местного происхождения, выполненные в той же технике, что и египетские. Ученый утверждает — есть все основания считать, «что в Египте и в странах Передней Азии источники стеклоделия … отделяются от наших дней промежутком примерно в шесть тысяч лет».

Около 1500 лет до н. е. в Египте начали изготавливать первые предметы домашнего обихода. Это в основном были чаши, кухонную утварь и бутылки. Центрами производства стеклянных изделий были столице Египта, сначала Фивы, а затем Александрия. Из Египта стеклоделие проникло на территорию современной Италии (I в. До н. Э.). Рим в I в. н. е. становится значительным центром производства стекла. Здесь был основан несколько стекольных мастерских и привлечено значительное количество египетских стеклоделов. Масштабы производства были настолько велики, что римских стеклоделов в 220 г.. Было обложено налогом, а их мастерские сведены в одну из главных улиц Рима. Из Рима стеклоделие распространяется в римские провинции (Великобритания, Галлия и др), а также в III-IV вв. на северное побережье Черного моря и в Киевской Руси.

Первым крупным технологическим прорывом в стекольном производстве можно считать технологию выдувания стекла, которая возникла в 100 году на территории современных Палестины и Сирии. Эта технология заключалась в захвате расплавленного стекла на конце трубки, в которую человек должен был дуть для придания формы стеклянной изделия. Основное назначение этих изделий касалось домашнего бытового использования (бутылки, вазы).

Следующим по значению после Рима центром стекольного производства в IX в. становится Венеция, сильная морская держава Средиземного моря. Падение Восточной Римской империи (1204) и переселение константинопольских стеклоделов в Венецию дало сильный толчок производству венецианского стекла начиная с XI века и вплоть до XVI-XVII вв. Благодаря чрезвычайной качества продукции Венеция становится в то время европейской столицей по изготовлению художественного стекла. Именно производство с 1291 было сосредоточено на острове Мурано для уменьшения риска вражеского нападения и защиты производственных секретов. Уже тогда стекловаров Венеции использовали стеклобой.

К XIV веку производство стекла появилось в Нормандии и Лотарингии. В это время в Нормандии возникла технология изготовления плоского стекла для окон. Она заключалась в выдувании стеклянного шара, которую с помощью надреза разворачивали в диск. Следующее достижение в развитии технологий стекла во Франции сделано Кольберт. Именно он основал в 1665 году «Королевскую мануфактуру стекла». Первый завод был открыт в городке Сен-Гобен в департаменте Эна, на севере Франции.

В XVIII в. производство стекла постепенно перешло от индивидуального до промышленного масштаба. Уже тогда отдельные фабрики производили более миллиона бутылок в год. В числе важнейших изобретений того времени следует назвать регенеративную стекловаренную печь Сименса (1870). В отличие от горшечных печей ванне печи способны перерабатывать большие количества стекломассы. Это создало предпосылки механизации производства стекла.

Примерно в 1880 году в Клода Бушера, стеклодува из города Коньяк возникла идея использовать сжатый воздух для придания стеклу конечной формы, сразу привело к росту производительности труда на 150%. Промышленная революция существенно повлияла на процесс изготовления стекла:

• печи разогревались с помощью угля вместо дерева;
• началось применение полностью автоматических линий;
• формирование осуществлялось сжатым воздухом и с использованием металлических форм.

Следующим этапом развития в производстве листового стекла был метод машинной вытяжки стекла, разработанный Эмиль Фурко в 1902 году. При этом способе стекло вытягивается из стекловаренной печи через прокатные вальцы в виде непрерывной ленты наружу, поступая в шахту охлаждения, в верхней части которой оно режется на отдельные листы. Машинный способ производства стекла был усовершенствован в дальнейшем в первой половине двадцатого века. С самых современных способов следует отметить так называемый метод Либбея-Оуэнса и Питтсбургский метод.

Последним этапом в развитии технологий производства листового стекла было патентования в 1959 году английской компанией «Пилкингтон» (англ. Pilkington) флоат-метода. При этом процессе, который можно приравнять к открытию, стекло поступает из плавильной печи в горизонтальной плоскости в виде плоской ленты через ванну с расплавленным оловом на дальнейшее охлаждение и отжиг.

Электрофизические свойства стекла

В зависимости от состава и от температуры окружающей среды стекло могут быть изолятором (диэлектриком), полупроводником и проводником тока.
Электропроводность

Большая группа оксидных видов стекла (силикатные, боратный, фосфатные и др.) Относится к классу изоляторов, что обусловлено высокими значениями ширины запрещенной зоны. При комнатной температуре удельная объемная электропроводность силикатного стекла лежит в пределах 10-7 … 10-15 Ом-1 м-1.

Установлено, что носителями тока в оксидных видах стекла является катионы щелочных или щелочно-земельных металлов. Низкая электропроводность оксидного стекла обусловлена ​​малой подвижностью катионов. Повышение температуры сопровождается снижением вязкости, увеличением подвижности носителей тока, в результате чего электропроводность возрастает на несколько порядков.

Кварцевое стекло является почти идеальным изолятором среди силикатных видов стекла. Его электропроводность при комнатной температуре составляет 10-18 Ом-1 · м-1, а при 800 ° C 10-4 Ом-1 · м-1.

В результате адсорбции влаги, а также продуктов химического взаимодействия поверхности с влагой воздуха на поверхности изделий создается электропроводящий слой. Во многих случаях этот процесс является нежелательным, поскольку негативно сказывается на изоляционных свойствах стекла. Повышение содержания в стекле оксидов щелочных металлов ускоряет реакцию гидролиза поверхностного слоя стекла. Введение в состав стекла оксидов BaO, MgO, ZnO, PbO до 10 … 15% вместо SiO2 или специальная обработка поверхности парой кремнийорганических соединений способствует снижению поверхностной проводимости.

Диэлектрические свойства стекла

Силикатные виды стекла при температурах ниже температуры стеклования (Tg) относится к классу диэлектриков.

Диэлектрическая проницаемость стекла зависит от его состава, изменяясь для силикатного стекла от 3,8 (для кварцевого) до 16,2 (для стекла с высоким содержанием оксидов тяжелых металлов) и мало зависит от температуры до 400 … 500 ° С.

С повышением частоты поля диэлектрическая проницаемость уменьшается. Наиболее интенсивно этот эффект наблюдается в области низких частот от 0 до 103 Гц, в то время как в интервале 103 … 1 010 Гц это уменьшение (при нормальной температуре) не превышает 10%. С повышением температуры диэлектрические потери интенсивно увеличиваются и, как следствие, диэлектрик разогревается.

Электрическая прочность

Электрическая прочность стекла при тепловом пробое уменьшается с увеличением толщины образца вследствие ухудшения отвода тепла от внутренних слоев изделия.

В переменном электрическом поле разогрева диэлектрика осуществляется интенсивнее (прилагаются диэлектрические потери), в результате чего электрическая прочность стекла в переменном поле ниже, чем в постоянном. Тепловой механизм пробоя характерен как для диэлектриков, имеющих при обычных условиях достаточно высокое значение электропроводности. Электрическая прочность стекла при тепловом пробое составляет 104 … 105 кВ · м-1.
Гигиенические характеристики

Стекло не выделяет вредных веществ, не имеет запаха, обеспечивает длительное хранение продуктов, хорошо моется и дезинфицируется, легко утилизируется, имеет хорошие декоративные возможности. Кроме того стекольная промышленность обеспечена богатыми сырьевыми ресурсами.

Природные свойства стекла и его аморфность наделяют этот материал хрупкостью, но в то же самое время отсутствие кристаллической решетки предоставляет уникальную возможность использовать стекло в медицине.

Стекло чрезвычайно устойчивое к различным реагентам (за исключением плавиковой кислоты), а также к действиям атмосферных явлений. Очень высокие санитарно-гигиенические свойства стекла дают возможность использовать его не только для приготовления пищи, но и для долгосрочного хранения продуктов — соленья, маринады, компоты, варенья, джемы, пряности и т. Закупоренные в стеклянных бутылках вина хранятся много лет, даже века, не теряя своих свойств. Духи же изготавливают исключительно в стеклянной посуде, так как стекло нейтральное химически и энергетически, что дает возможность сохранить полный букет ароматов, заложенный производителем, а нам — воспользоваться изысканным парфюмом без каких-либо посторонних примесей. Кстати, найденные археологами приятную стеклянных бутылочках также сохранили свои свойства, несмотря на тысячелетия проведены в основном под землей. Стеклянная посуда используется многократно, ведь он хорошо моется, его можно мыть как жидкими, так и абразивными моющими средствами, обрабатывать паром, кипятить (соблюдая осторожность) для полного уничтожения бактерий и любых нежелательных запахов.