זכוכית

זכוכית היא מוצק אמורפי (אין בו סדר גבישי ארוך) שנוצר בקירור של חומר מותך. קירור מהיר מונע היווצרות גבישים. יש לזכוכית טמפרטורת מעבר זכוכיתי, Tg, שבה היא עוברת מצמיגות לזכוכית.

בצורתה הטהורה זכוכית שקופה, קשה יחסית, עמידה לשחיקה וכימית, אך שבירה. רוב הזכוכית המוכרת מיוצרת מסיליקה (קוורץ, SiO2), יחד עם תוספים. תוספים כמו סודה־ליים (נתרן פחמתי) יורידים טמפרטורת התכה, וסידן (גיר) מייצב את הזכוכית ומפחית מסיסות.

זכוכית נוצרת גם בטבע: טקטיטים, זכוכית מדברית ואובסידיאן געשי. אובסידיאן שימש כלי חדה כבר בתקופת האבן. ייצור מקרי של זכוכית על ידי בני אדם התרחש סביב 4,000 לפנה"ס, ותיעוד לייצור מכוון מופיע כ-1,500 לפנה"ס במצרים ובמסופוטמיה. המצלול המכריע היה המצאת צינור הניפוח במאה הראשונה לפנה"ס, שהוזיל והפשט את הייצור.

מאוחר יותר המרכזים הגדולים כללו את אלכסנדריה ומוראנו בוונציה. ב-1291 הועברה תעשיית הזכוכית למוראנו משיקולי בטיחות. בארצות הברית נפתח מפעל ראשון ב-1608; במאה ה־19, 20 הופיעו שיפורים טכנולוגיים, כולל מכונות לייצור בקבוקים ופיתוח תהליך לייצור זכוכית שטוחה (1959) שמשמש עד היום לרוב הזכוכית השטוחה.

סודה־ליים היא משפחת זכוכיות הנפוצה ביותר. היא מבוססת על כ-63, 81% SiO2 וכן Na2CO3 (סודה) ו-CaO (גיר). תערובת זו משמשת לשמשות, כלי אוכל ובקבוקים.

מחוסמת עוברת חימום ואז קירור מהיר. הקירור יוצר מאמצים פנימיים, מה שמעניק חוזק גבוה פי 3, 5 מזכוכית רגילה. כשמחוסמת נשברת, היא מתפוררת לחלקים זעירים פחות חדים.

חלון בידודי מורכב משתי שכבות זכוכית לפחות, כשהמרווח ביניהן מלא באוויר או בגז ארגון. זה מבודד חום ורעש.

זגוגית משוריינת היא שכבות של זכוכית וחומר פולימרי. היא מעוצבת לעמוד בפגיעות ולשמור על עמידות גם אחרי פגיעה. בעולם מקובל דירוג עמידות לפי סוגי קליעים ורסיסים.

פיברגלס נוצרת על ידי משיכת זכוכית מותכת לחוטים דקים. אלו משמשים לבידוד, ביגוד מגן וכחומר מחזק. סחר עולמי של סיבי זכוכית מוערך בכ־15 מיליארד דולר, כאשר סין היא המייצאת הגדולה.

זכוכית קרמית היא חומר דו־פאזי שבו יש גבישים בתוך מטריצה אמורפית. סטוקי גילה את החומר במקרה בשנות ה־50. זכוכית קרמית משלבת עיבוד של זכוכית ויתרונות קרמיים, ולכן מתאימה לכלים למטבח, מראות טלסקופיים וחלונות עמידים.

הזכוכית הגולמית מיוצרת מחול (SiO2), סודה וסיד בהיתוך בטמפרטורה גבוהה (כ־1,000°C ומעלה). אפשר להשיג זכוכיות שונות על ידי שינוי הרכב התוספים; הם משפיעים על תכונות מכניות, אופטיות וכימיות.

זכוכית שקופה מעבירה את רוב האור הנראה. מחמצנים או יוני מתכת שנותרו בזכוכית משפיעים על הצבע: ברזל נותן גוון ירקרק, נחושת כחול. יש זכוכיות פוטוכרומטיות שמכהות בשמש בגלל מעכבי כסף.

לשמירה על שקיפות כדאי לנקות זכוכית בעדינות. מיחזור חוסך חומר גלם ואנרגיה, ומפחית זיהום. תהליך המיחזור כולל איסוף, הפרדה לפי צבע, גריסה, התכה ויציקה לתבניות.

ב־2024 דווח על זכוכית ביולוגית חדשה שנוצרת מפפטידים במגע עם מים. זכוכית זו שקופה גם לאינפרה־אדום, יכולה להתאים לעדשות ולעיתים לתקן שריטות.

זכוכית היא חומר שנוצר כאשר מחממים חול וחומרים אחרים, ואז מקררים מהר. היא בדרך כלל שקופה וקשה, אבל שבירה.

בצורה טבעית יש זכוכית שמגיעה ממטאורים או מהר געש, כמו אובסידיאן. אנשים השתמשו באובסידיאן כבר לפני אלפי שנים כדי לחתוך.

זכוכית סודה־ליים היא הזכוכית הנפוצה. שמה בגלל שמוסיפים לה סודה. היא נמצאת בבקבוקים, כלים ושמשות.

זכוכית מחוסמת מחממים ואז מקררים מהר. היא חזקה ובשבירה היא מתפרקת לחלקים קטנים.

זכוכית בידודית היא חלון עם שתי שכבות זכוכית. בינהן יש אוויר או גז. זה שומר על חום ושקט.

פיברגלס מורכבת מסיבים דקים של זכוכית. משתמשים בה לביגוד מגן ולבידוד.

ממחזרים זכוכית כדי לחסוך בחול ובאנרגיה. משליכים לבניית מיכלים לפי צבע, שורפים וממיסים שוב.

זכוכית מתכלת מאוד לאט מאוד, מיליוני שנים. בשנת 2024 גילו סוג זכוכית ביולוגית שיכולה לתקן סדקים בעצמה.