Краткая история стекла. Стекло — самый важный материал в истории человечества Первые стеклянные изделия
Перед тем, как появиться у вас на экране, эта статья была преобразована в оптические сигналы и со скоростью ~201 000 км/с передана по оптоволоконному кабелю. В основе кабеля - волокна, выполненные из тончайшего стекла, которое в 30 раз прозрачнее чистой воды. Технология стала доступной благодаря компании Corning Incorporated. В 1970 году, используя результаты многолетних исследований ученых всего мира, она запатентовала кабель, способный передавать большие объемы информации на дальние расстояния.
Если вы читаете со смартфона, не забудьте поблагодарить Стива Джобса, который в 2006 году попросил Corning Inc. разработать тонкий, но прочный экран для iPhone. Результат - Gorilla Glass - теперь доминирует на рынке мобильных устройств. Экраны смартфонов с Gorilla Glass пятого поколения не трескаются после падения в 80% случаев (тестовые устройства падали с высоты 1,6 метра - на этом уровне люди обычно держат телефон - на твердую поверхность).
И это далеко не все. Без стекла мир был бы неузнаваем. Благодаря ему человечеству стали доступны очки, лампочки и окна. Но несмотря на вездесущность стекла, в сообществе ученых все еще идет дискуссия об определении этого понятия. Одни считают стекло твердым телом, другие - жидкостью. Много вопросов до сих пор остаются без ответа: например, почему один вид стекла прочнее другого, или почему некоторые стеклянные смеси обладают именно такими оптическими и структурными свойствами. Прибавьте к этому существующие базы данных видов стекла, в одной из них более 350 000 известных на данный момент типов, что обеспечивает возможность создания огромного количества разных смесей. В результате мы получаем поистине интересную область исследования, которая регулярно производит новые удивительные продукты. Стекло оказало огромное влияние на человечество, и можно с уверенностью утверждать - стекло формирует облик нашей цивилизации.
«Мы используем стекло на протяжении тысяч лет, но до сих пор не понимаем, что это вообще такое», - считает Матьё Боши , эксперт по стеклу и член исследовательской команды Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Как правило, стекло получают, нагревая, а затем быстро охлаждая смесь из нескольких веществ. Например, для создания плоского оконного стекла используют песок (диоксид кремния), известь и соду. Кремний обеспечивает прозрачность, кальций - прочность, а сода уменьшает температуру плавления. «Быстрое охлаждение предотвращает кристаллизацию стекла», - рассказывает Стив Мартин , специалист по изучению стекла в Университете штата Айова.
Именно из-за предотвращения кристаллизации стекло считают аморфным веществом - а не твердым телом или жидкостью. Атомы стекла стремятся восстановить кристаллическую структуру, но не могут, так как застывают на месте в процессе его изготовления. Возможно, вы слышали о том, что стекла в окнах древних соборов со временем стекают вниз, и поэтому становятся толще у основания. Это утверждение ошибочно: старинные технологии изготовления просто не позволяли сделать ровное стекло. Но оно все же находится в движении, пусть и очень медленном. Результаты исследования, опубликованные в прошлом году в «Журнале Американского керамического общества», показали, что при комнатной температуре стеклу старинного собора потребуется около одного миллиарда лет, чтобы переместился один нанометр вещества.
Люди начали делать орудия из обсидиана и других видов вулканического стекла еще на заре цивилизации, а первое рукотворное стекло впервые было изготовлено в Месопотамии чуть более 4 000 лет назад. Вероятно, его получили как побочный продукт при изготовлении керамической глазури. Вскоре эту технологию заимствовали древние египтяне. Исполнительный директор музея стекла в Корнинге Кэрол Уайт утверждает, что первыми стеклянными предметами были бусины, талисманы и прутики для создания мозаичного стекла. Часто с помощью минералов им придавали вид другого материала.
«К началу второго тысячелетия до нашей эры ремесленники начали изготавливать небольшие сосуды по типу ваз. Археологи нашли клинописные таблички с описанием процесса, но написаны они были тайным языком, предназначенным для сокрытия секретов производства», - добавляет Уайт.
Ко времени возникновения Римской империи стеклоделие стало важной отраслью экономики. Писатель Петроний рассказывает историю ремесленника, представшего перед императором Тиберием с куском якобы нерушимого стекла. «Кто-нибудь еще знает, как сделать такое стекло?» - спросил у ремесленника Тиберий. «Нет», - ответил ремесленник, подчеркивая собственную значимость. Тиберий без предупреждения приказал обезглавить бедолагу. Хотя мотивы Тиберия доподлинно не известны, можно предположить, что подобное изобретение могло разрушить стекольную промышленность империи.
Первое крупное новшество случилось в стеклоделии в первом веке до нашей эры, когда в окрестностях Иерусалима стекло начали выдувать. Вскоре римляне придумали, как сделать стекло более-менее прозрачным: так появились первые стеклянные окна. В восприятии стекла произошел значительный сдвиг, так как ранее его ценили только за декоративные свойства. Вместо того, чтобы любоваться стеклом, люди начали смотреть сквозь него. В течение последующих столетий римляне производили стекло в промышленных масштабах, и в конечном итоге оно распространилось по всей Евразии.
В то время науки как таковой не существовало, и стекло было овеяно ореолом таинственности. Например, в четвертом веке нашей эры римляне создали знаменитый кубок Ликурга , который меняет цвет с зеленого на красный в зависимости от угла падения света. Современные исследования показали, что невероятное свойство кубка обусловлено наличием наночастиц серебра и золота.
В Средневековье передовые секреты изготовления стекла хранились в Европе и арабских странах. В эпоху Высокого Средневековья европейцы начали производство витражей. По словам Кэрол Уайт величественные картины на стекле сыграли огромную роль в изучении малограмотным населением катехизиса. Не зря витражи еще называют библиями для бедняков.
Хотя оконные стекла появились еще в эпоху римлян, они по-прежнему были дороги и их было сложно достать. Но все меняется с постройкой Хрустального дворца ко Всемирной выставке 1851 года. Хрустальный дворец представлял собой выставочный зал с площадью остекления 93 000 кв. м. - в четыре раза больше, чем у штаб-квартиры ООН в Нью-Йорке, возведенной столетием позже. «Хрустальный дворец продемонстрировал людям достоинства и красоту оконных стекол, он оказал влияние на архитектуру и потребительский спрос», - рассказывает Алан МакЛенаган , директор компании SageGlass, специализирующейся на производстве тонированных окон и других изделий из стекла. Хрустальный дворец сгорел в 1936 году, но через несколько лет оконные стекла стали более доступными благодаря британской компании Pilkington , сотрудники которой изобрели технику создания термополированного стекла наливом расплавленной стекломассы на слой расплавленного олова.
В 13 веке, задолго до того, как оконные стекла стали повсеместно распространены, неизвестные изобретатели создали первые очки. Изобретение помогло в борьбе с безграмотностью и заложило основу для дальнейшего усовершенствования линз, которые позволили увидеть вещи, ранее неведомые. В начале 14 века венецианцы позаимствовали наработки мастеров из Ближнего Востока и Малой Азии и усовершенствовали процесс создания прозрачного стекла под названием «кристалло». Одна из техник предполагала тщательное расплавление кварцевой гальки вместе с золой солелюбивых растений, которые обеспечивали правильное соотношение кремнезема, марганца и натрия, о чем в то время, конечно, не догадывались. Жизненно важно было держать правила изготовления стекла в секрете. Несмотря на высокий статус, который имели все производители стекла, наказанием за пересечение границы Венецианской республики для них была смертная казнь. Венецианцы были лидерами на рынке стекла следующие 200 лет.
Используя стекло собственного производства, венецианцы также создали и первые зеркала. Не хватит слов, чтобы описать все изменения, которые повлекло за собой их появление. Ранее зеркала производили из полированного металла или обсидиана, они были очень дорогими и отражали свет не так эффективно. Новые зеркала сделали возможным появление телескопов и произвели переворот в искусстве: с их помощью итальянский скульптор Филиппо Брунеллески разработал в 1425 году линейную перспективу. Изменилось самосознание людей. Писатель Ян Мортимер даже предположил , что до появления стеклянных зеркал люди не воспринимали себя отдельными уникальными личностями, концепция индивидуальной идентичности не существовала.
У стекла широкий диапазон применения. Около 1590 года Ханс Янсен и его сын Захарий изобрели микроскоп с двумя линзами на концах трубки, который давал девятикратное увеличение. Голландец Антони Ван Левенгук сделал еще один шаг вперед. Будучи относительно образованным учеником торговца галантереей, Антони, считая нити на ткани, часто пользовался увеличительным стеклом и в процессе разработал новые способы полировки и шлифования линз, что позволило увеличивать изображение в 270 раз. В 1670 году с помощью своих линз Левенгук случайно открыл существование микроорганизмов: бактерий и протистов.
Английский ученый Роберт Гук усовершенствовал микроскоп Левенгука. Он автор знаменитого труда «Микрография», первой книги о микроскопическом мире с детальными гравюрами ранее невиданных образов, например, текстур губки или изображений блох. «Украшены блестящей черной броней, тонкого и аккуратного телосложения», - писал Гук о блохах. Вглядываясь в кору пробкового дерева через микроскоп, структура которой напоминала пчелиные соты и монастырские кельи, Гук ввел термин «клетка». Эти достижения потрясли науку и привели, среди прочего, к появлению микробиологии и теории микробного происхождения болезней.
Появление в лабораториях всего мира стеклянных пробирок и пипеток позволило измерять и смешивать разнообразные вещества и подвергать их всякого рода воздействиям. Стеклянные инструменты способствовали развитию химии и медицины, а также сделали возможным появление парового двигателя и двигателя внутреннего сгорания.
Пока одни ученые возились с микроскопами и мензурками, другие обратили свой взор на небо. Доподлинно не известно, кто изобрел телескоп, хотя первые упоминания об этом устройстве обнаружены в Нидерландах в 1608 году. Телескоп стал известен благодаря Галилею, который усовершенствовал имеющуюся конструкцию и начал изучать небесные тела. В ходе наблюдений за спутниками Юпитера, он пришел к выводу, что геоцентрическая модель мира не имеет смысла, чем вызвал недовольство Католической церкви. Инквизиционная комиссия 1616 года заключила, что заявление о гелиоцентризме «нелепое и абсурдное с философской точки зрения и, кроме того, формально еретическое, так как выражения его во многом противоречат Священному Писанию». Как видите, стекло может и до греха довести.
Влияние стекла на нашу жизнь не ослабевает. Заглядывая в будущее, исследователи надеются осуществить столь же существенный прорыв, используя стекло для обезвреживания ядерных отходов, создания безопасных батареек и проектирования биомедицинских имплантатов. Инженеры разрабатывают высокотехнологичные сенсорные экраны, стекла-хамелеоны, небьющееся стекло.
В следующий раз когда вам на глаза попадется стеклянный предмет, задумайтесь, не странно ли, что материал рожденный землей и огнем, скованный, как пруд покровом льда, постоянно находящийся в атомном чистилище, настолько облегчает человеческую жизнь и способствует прогрессу. Внимательно посмотрите не как обычно сквозь стекло, а прямо на него, и вспомните, сколько явлений остались бы недоступны человеческому глазу, не будь у нас под рукой материала, который сам едва заметен.
Прежде чем попасть к нам в том виде, в каком мы сейчас его знаем, стекло проделало долгий путь длиной в несколько тысяч лет.
Жилища наших прародителей, древних людей, стёкол вообще не имели. Свет проникал через узкие проходы в скалах или каменистых пещерах.
Но изобретение стекла - не привилегия человека. Образцы этого материала людям показала… природа. Природные стёкла образовывались из лавы, выливавшейся во время . Стекло то было мутным, тёмным по цвету. Сегодня мы знаем его как обсидиан.
Изобретатели стекла
История этого материала так далека во времени, что изменялась не один раз в свете археологических открытий и всё ещё считается спорной. На первенство в стеклоделании претендуют Египет, Средиземноморье, Африка и Древняя Месопотамия.
Образцы египетского стекла - это стеклянная глазурь на фаянсовых плитках пирамиды Джессера, время создания которой - XXVII век до н. э. Есть и ещё более ранние образчики - фаянсовые украшения возрастом около 5 000 лет.
Сначала стекло у египтян выходило мутного синеватого или зеленоватого оттенка - в зависимости от того, где добывали песок для его производства и какие примеси он содержал. Бесцветное стекло люди научились делать гораздо позднее, вероятно - в I веке уже нашей эры: для обесцвечивания стали использовать марганец.
В Месопотамии археологи нашли стеклянную цилиндрическую печать возрастом примерно 4 500 лет. Сосуды для благовоний - одна из частых находок учёных при раскопках территории Старовавилонского царства.
Древнее производство стекла
Всё больше исследователей склоняются к тому, что стекло возникло независимо сразу в нескольких местах. Как это случилось - пока загадка. Стекло было настолько ценным материалом, что хранились в строжайшем секрете. Лишь немногие сведения дошли до нас.
Так, египтяне плавили песок и соду в глиняных сосудах на открытом пламени. Когда ингредиенты спекались, их бросали в ледяную воду для растрескивания. Полученные куски - фритты - размалывали в пыль, а потом снова плавили. Технология получила название фриттование и использовалась несколько веков.
Интересен и тот факт, что первые стеклянные изделия были сплошь фигурными - печати, крошечные сосуды, бусины. Связано это с неумением древних людей делать плоское стекло - они просто выдували из стеклянной массы разнообразные формы.
Плоское, бесцветное стекло появилось массово в европейских государствах только в XIII веке. Однако при раскопках Помпеи учёные обнаружили образцы плоских стёкол, значит - технология была известна давно.
Как стекло завоёвывало мир?
Первое застеклённое окно появилось в помещении греческой бани в Помпеях. Его размер составлял метр на полтора метра. Чуть позже небольшие окна появляются в залах для пиршества греческой знати. Причём, только с южной стороны. Но это – что касается мужчин. На женской половине жилья окон в то время вообще не полагалось.
Наибольший расцвет стекло переживает в Древнем Риме. Именно здесь окно появляется в том виде, в каком мы сейчас его знаем – помещённое в раму из металла. Чаще всего из бронзы. Тогда же появляются и первые «дамские» зеркала, предназначенные для женщин из числа римской знати.
Гораздо больший расцвет стекло переживает в средние века в Венеции. Причём изготавливается оно в самых разных видах - как оконное стекло, зеркала и изящная стеклянная посуда. Именно Венеция в XVI – XVII веках становится едва ли не мировым производителем стекла.
В то же самое время в домах простых людей стекло оставалось непозволительной роскошью. В роли оконного стекла здесь выступает обычный бычий пузырь, который натягивали на деревянные, небольшого размера рамы.
В России стекло начинает широко применяться в царствование династии Романовых. Именно тогда им начинают украшать входы в виде цветных витражей и даже фасад зданий. Первый стекольный завод был построен в середине XVII века в Воскресенске. Здесь из стекла начинают делать стеклянную посуду и украшают цветным стеклом дворцы знати.
При российском императоре Петре I в России действует уже шесть стекольных заводов. Однако у простого люда оконные стёкла по-прежнему заменяет промасленная бумага и пузырь.
Стекло - один из древнейших материалов, известных человеку. Сейччас возможно почти любых форм и размеров.Примерно за 4000 лет до Р.Х. появились глазурованные гончарные изделия с гладким стекловидным покрытием, Первая стеклянная посуда относится к 1500 году до Р.Х.
Варили стекло и в Киевской Руси. Однако, монголо-татарское иго на несколько веков остановило развитие стекольного производства, и вновь оно возродилось в России s XVII веке на основе традиций европейского стеклоделия.
В 1634-39 годах в селе Духанине под Москвой шведский мастер Юлий Койет построил первый стекольный завод, который выпускал оконное стекло и аптекарскую посуду.
В 1669 году по указу царя Алексея Михайловича построен стекольный завод в Измайлове. Здесь производили роскошные изделия для царского двора. Особенно ценились в то время «потешные» сосуды, выполненные иноземными мастерами и их русскими учениками в традициях тонкого и изящного венецианского стекла. Кубки «шутихи» отличались затейливыми лепными украшениями и снабжались системой полых стержней со своим секретом.
С возникновением новой столицы центр стекольного производства переносится в Петербург. В первой половине XVIII столетия здесь существовало уже несколько заводов: Ямбургский и Жабинский под Петербургом, а в начале 1730-х годов построили завод и в самой столице. Петербургские заводы выпускали преимущественно высокие торжественные кубки из бесцветного стекла, украшенные матовой гравировкой с изображениями портретов царствующих особ, с гербами и вензелями, со всевозможными эмблемами, с растительным орнаментом» Декоративность изделий усиливалась позолотой.
Многие достижения русского стеклоделия связаны с открытием цветного стекла. Рецептура была разработана М.В. Ломоносовым на Усть-Рудицкой фабрике, а затем эта технология распространилась по всем заводам России. К концу XVIII века в моде было рубиновое, синее, фиолетовое, зеленое, бирюзовое, мраморное и молочное стекло. Для окраски использовались в основном окислы различных металлов. Особенно ценилось рубиновое стекло, имевшее оттенки от нежного розового до алого. В его состав для окраски вводилось золото. Изделия из цветных стекол расписывали золотом и серебром.
К разновидностям цветных стекол в XVIII веке относили и молочное стекло, которое внешне напоминает фарфор и, в сущности, подражает ему. Иногда молочное стекло было плотным, «густым», но чаще выпускалось стекло полупрозрачное, имеющее мягкую, светящуюся поверхность. Это придавало особую светоносность полихромией эмалевой росписи, которой оно украшалось. Расцвет художественного стеклоделия в России приходится на первую треть XIX столетия. Появился только что изобретенный бесцветный свинцовый хрусталь, обладающий особым блеском, прозрачностью и твердостью.
Толстостенные сосуды стали украшать глубокой резьбой. Разные геометрические фигуры напоминали обработку драгоценных камней. Отсюда и название - алмазная грань. Изделия из хрусталя отличались торжественностью и монументальностью. Императорский завод в Петербурге выпускал в это время большие вазы, оправленные в золоченую бронзу, торшеры высотой в несколько метров, люстры для украшения столичных дворцов.
Появилось стекло с росписью прозрачными эмалями (в отличие от непрозрачных эмалей XVIII века). Различные бытовые предметы:
Флаконы, стаканы, чернильные приборы, графины;
Украшенные резьбой и позолотой, благодаря просвечивающей нежной росписи эмалями приобретали прелестный, интимный характер.
Любопытны изделия, украшенные печатным рисунком - портретами членов царской фамилии, сценами на исторические, мифологические, литературные сюжеты. Подобный прием впоследствии стал широко применяться при выпуске массовых изделий.
Изделия из двух, а порой и трехслойного стекла различных цветов, обрабатывались шлифовкой, снимающей последовательно слой за слоем. На поверхности появлялся разноцветный орнамент.
Императорский завод и в XIX веке выпускает крупные, сложные в техническом отношении произведения, требующие высокого мастерства от стеклодувов и художников-декораторов. Характерный пример - ваза и темно-зеленого , состоящая из двух частей, скрепленных стержнем. Роспись золотом в модном в то время неогреческом стиле.
Во второй половине XIX столетия некоторые заводы, выпускающие высокохудожественные изделия, сокращают производство как нерентабельные. Преуспевают предприятия, производящие более дешевую, массовую продукцию. Это прежде всего Дятьковский и Гусь Хрустальный заводы, а также заводы Мальцовых.
На цветной вкладке показано лишь несколько образцов изделий из стекла работы русских мастеров.
Выполнила: ученица 11 класса Серова Мария. «История стекла в истории человечества»
Стекло - твёрдый аморфный, прозрачный в определенной области оптического диапазона (исходя из химического состава) материал, получаемый при остывании горячего материала, содержащего стеклообразующие компоненты (оксиды Si , В, Al , Р и т. д.) и оксиды металлов (Li , K, Mg , Pb и т. д.). В современном мире наибольшую распространённость получило силикатное стекло. 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?
Стекло известно людям уже 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. Раскопки свидетельствуют, что на Руси знали секреты производства стекла более тысячи лет назад.
Интересный факт, следует знать, что не человечество изобрело стекло. Стекло родила сама природа. Первые комки стекла появились из раскаленной лавы, пролившейся на поверхность сотни миллионов лет назад. Известно, что было оно не прозрачным, а обычным матовым - почти черным. Определение стекольных масс - вулканическое стекло теперь называют обсидианом.
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 кварцевый песок, известь и щелочь - органическая (зола растений) либо неорганическая (сода). В качестве красителей использовались металлургические шлаки: соединения меди, кобальта и марганца. кварцевый песок сода известь зола растений 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 топливом служила солома или тростник. Образующаяся при сгорании зола - то есть щелочь - при высокотемпературном контакте с песком давала стекловидную массу.
И зготовление стекла было известно издревле в Египте. 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. Венецианское стекло обладает необычайной твёрдостью, поражает своей легкостью, изяществом и красотой.
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.
Б лагодаря изобретению англичанином Джорджем Равенскрофтом в 1674 г. нового способа производства хрусталя, был получен более качественный состав стекломассы, чем у итальянских мастеров. Равенскрофт 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 1635 году. Позднее, в 1669 г., на средства казны в селе Измайлове был выстроен другой завод. Особенно-большое развитие производство стекла получило в эпоху Петра I (начало XVIII в.), создавшего на Воробьевых горах в Москве образцовый завод-школу. Большей художественный интерес представляют стекла в витринах русских церквей XVI и XVII вв., расписанные огнеупорными, несмывающимися прозрачными красками. И только в конце XIX века стеклоделие из ремесленного стало перерастать в массовое промышленное производство и стало предметом повседневного быта.
