Нерастворимые стекла

Основа нерастворимых силикатных стекол – это тоже диоксид кремния. И сам SiO₂, если он имеет аморфную (неупорядоченную) структуру, является стеклом, его называют кварцевым. Оно и механически прочное, и не трескается от перепада температур (раскаленный самовар, сделанный из этого стекла, бросали в холодную воду, и он оставался целым).

Однако кварцевое стекло имеет высокую т.пл. (> 1500°), поэтому из него трудно готовить изделия. Чтобы этой трудности избежать, SiO₂ (песок) сплавляют (при 1400°С) с содой и известняком, получая обычное оконное стекло. Его примерный состав: Na₂O ^. CaO ^. 6SiO₂, и такое стекло размягчается уже при 300 °С.

Добавляя к нему окрашенные оксиды металлов (например, NiO зеленого цвета), создают цветные стекла; а вводя PbO – хрусталь. Небольшие количества селена или золота, равномерно распределенные в стекле, придают ему вид рубина.

При управляемой кристаллизации стекла образуется ситалл, который по прочности близок к чугуну, поэтому используется в строительстве вместо металла, керамики, бетона или дерева. Получено также пуленепробиваемое бронестекло (толщиной до 40 мм), оно состоит из нескольких слоев стекла, склеенных смолами.

Широко применяют и стеклянные волокна (в частности, оптические – в качестве световодов). В последнее время синтезированы светочувствительные стекла и стекла с саморегулирующейся светопроницаемостью (из них делают, например, светозащитные очки и глазные линзы); а также поглощающие радиацию и полупроводниковые стекла (с регулируемой проводимостью) и мн. др.

Цемент

Процесс формирования силикатных полимеров происходит и в случае многих т.н. вяжущих веществ. Это порошкообразные материалы, которые с водой дают пластическую массу, затвердевающую через некоторое время.

К ним относится и цемент. Получают его в силикатной промышленности, прокаливая при 1500 °С смесь глины и известняка. При этом за счет частичного разрыва связей Si – O и Al – O в глине образуются силикаты и алюминаты кальция с малополимеризованными анионами. После смешения с водой из-за гидролиза постепенно формируются более полимеризованные анионы, благодаря чему материал твердеет («схватывается»).

Со временем цемент еще сильнее упрочняется из-за постепенного превращения его аморфной структуры в кристаллическую (т.е. с упорядоченной решеткой).

Для повышения прочности в цемент (до его схватывания) добавляют песок или щебень и т.о. получают бетон. А при введении железной арматуры образуется еще более прочный материал – железобетон, из которого строят здания и др.