В мире кремния

Пурмаль А.П.

Детгиз, 1962 г.

Сквозь огонь и... в воду

Кроме достоинств обычного стекла, кварцевое стекло имеет еще свои замечательные свойства. Одно из них — термостойкость. В кварцевой посуде можно, например, плавить золото, серебро, медь, марганец. Кварцевое стекло размягчается и плавится лишь при температурах 1500—1700° С. Оно не боится не только высоких температур, но и быстрых изменений температуры.

Стакан из кварцевого стекла можно накалить так, что он будет испускать режущий глаза, ослепительно белый свет. Раскаленный стакан можно безбоязненно бросить в холодную воду — он останется невредимым. Почему же кварцевый стакан проходит сквозь огонь и воду и остается целым, а стакан из обычного стекла не выдерживает такого испытания и лопается, даже когда в него наливают обыкновенный кипяток?

Стекло, как и подавляющее большинство других материалов, при нагревании расширяется, а при охлаждении сжимается. Если стакан нагревать очень равномерно, все части стакана расширяются одинаково и при этом в массе стекла не возникает ни сдвигов, ни механических напряжений. Стакан останется целым. Если же в стакан налить кипяток, то сначала нагреваются донышко стакана и внутренние поверхности стенок. Внешние стенки стакана останутся холодными, так как стекло плохо проводит теплоту.

В этом нетрудно убедиться, подержав над огнем стеклянную палочку. В месте соприкосновения с пламенем стекло можно накалить докрасна или расплавить, а уже в нескольких сантиметрах от этого места палочка останется практически холодной. Нужно сравнительно много времени, чтобы теплота от нагреваемого места распространилась по всей палочке и достигла ваших пальцев. Вот почему тепло воды, наливаемой в стакан, нагревает лишь те его части, которые непосредственно соприкасаются с водой. Нагревшиеся части стакана расширяются, а соседние с ними остаются без изменения. В стекле возникают механические напряжения, и стакан трескается. Стакан из кварцевого стекла не лопается, так как кварцевое стекло очень мало расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении, и, кроме того, оно механически значительно прочнее, чем стекло обычное.

Жаростойкость и невосприимчивость к резким изменениям температуры обеспечивают кварцевому стеклу очень широкое применение. Кварцевое стекло особенно необходимо физикам и химикам.

Тоньше волоса

Представьте себе, что вы пришли в научно-исследовательский институт. Переходя из лаборатории в лабораторию,, вы знакомитесь с десятками приборов и установок. Многошлейфовый осциллограф, осциллограф со спиральной разверткой, скоростной фоторегистр, ядерно-резонансный спектрометр, фотоумножительные устройства,  генераторы частиц высокой  энергии,  Сколько изобретательности потребовалось, чтобы создать такие приборы! Сколько умения требуется, чтобы управлять такими приборами! И вдруг в одной из лабораторий вы видите человека с луком и стрелами в руках! Ваше удивление понятно. Действительно, чем может помочь оружие, изобретенное несколько миллионов лет назад, ученым XX века? Оказывается, что может. Вот ученый взял стрелу, натянул тетиву и при помощи тонкой стеклянной палочки прикрепил стрелу к тисочкам. Потом зажег горелку и направил пламя на стеклянную палочку, удерживающую стрелу. Нагреваемый участок палочки раскалился добела и начал провисать. В этот момент ученый отпустил тетиву. Стремительный полет стрелы, и «опыт», по-видимому, закончен. Исследователь что-то подбирает с пола — это тончайшая нить из кварцевого стекла. Конечно, такие нити можно получить и другими способами, но и описанный способ используется в практике физических лабораторий. Эти тонкие нити необычайно прочные, так как кварцевое стекло обладает своеобразной особенностью. При вытягивании в тонкие нити прочность его возрастает: Металлический прутик прочнее палочки того же диаметра из кварцевого стекла. А нить из кварца толщиной в несколько тысячных долей миллиметра гораздо крепче металлической нити такой же толщины. Только нити из вольфрама не уступают в прочности кварцевым нитям. Кварцевая нить, кроме замечательной прочности, обладает также очень малой текучестью. Натянутая кварцевая нить не изменяет со временем своих размеров. Благодаря этим свойствам кварцевые нити получили широкое применение при изготовлении измерительных приборов.

Прозрачнее стекла

Замечательным свойством плавленой двуокиси кремния является ее прозрачность.

Рассказывая о каком-либо предмете, мы часто говорим, что он прозрачен, как стекло. Стекло действительно очень прозрачный материал, но даже самое лучшее, самое чистое стекло менее прозрачно, чем кварцевое, потому что кварцевое стекло пропускает не только видимые, но и ультрафиолетовые лучи.