# Staklo

Kugla od stakla
**Staklo** je nekristalna, često prozirna, amorfna čvrsta supstanca koja ima široku praktičnu, tehnološku i dekorativnu upotrebu u, na primjer, prozorskim staklima, posuđu i optici. Staklo se najčešće formira brzim hlađenjem (gašenjem) rastaljenog oblika; neka stakla kao što je vulkansko staklo se javljaju u prirodi. Najpoznatiji i istorijski najstariji tipovi proizvedenog stakla su "silikatna stakla" zasnovana na hemijskom spoju silicijum dioksida, primarnog sastojka pjeska. Soda-vapneno staklo, koje sadrži oko 70% silicijum dioksida, čini oko 90% proizvedenog stakla. Termin staklo, u popularnoj upotrebi, često se koristi samo za ovu vrstu materijala, iako stakla bez silicijevog dioksida često imaju poželjna svojstva za primjenu u modernoj komunikacijskoj tehnologiji. Neki predmeti, kao što su čaše za piće i naočare, toliko su često napravljeni od stakla na bazi silikata da se jednostavno nazivaju imenom materijala.

Zbog svojih karakteristika, staklo je relativno čvrsto, inertno, prozirno i biološki neaktivno, a ima vrlo široku upotrebu u današnjem vremenu. Uprkos tome što je krhko, ukopano silikatno staklo će preživjeti vrlo duge periode ako se ne uznemirava, a postoje mnogi primjeri fragmenata stakla iz ranih kultura pravljenja stakla. Arheološki dokazi sugerišu da pravljenje stakla datira najmanje 3.600 godina p. n. e. u Mezopotamiji, Egiptu ili Siriji. Najraniji poznati stakleni predmeti bile su perle, koje su možda nastale slučajno tokom obrade metala ili proizvodnje fajanse. Zbog svoje lakoće oblikovanja u bilo koji oblik, staklo se tradicionalno koristi za posude, kao što su zdjele, vaze, boce, tegle i čaše za piće. U svojim najčvršćim oblicima, također se koristio za tegove za papir i klikere. Staklo se može bojiti dodavanjem soli metala ili oslikavati i štampati kao emajlirano staklo. Svojstva prelamanja, refleksije i transmisije stakla čine staklo pogodnim za proizvodnju optičkih leća, prizmi i optoelektronskih materijala. Ekstrudirana staklena vlakna imaju primjenu kao optička vlakna u komunikacijskim mrežama, termoizolacijski materijal kada su matirana kao staklena vuna kako bi zadržala zrak, ili u plastici ojačanoj staklenim vlaknima (fiberglass).

## Mikroskopska struktura

Standardna definicija stakla (ili staklastog tijela) je čvrsta supstanca nastala brzim gašenjem taljenja. Međutim, pojam "staklo" se često definiše u širem smislu, kako bi se opisala bilo koja nekristalna (amorfna) čvrsta supstanca koja pokazuje stakleni prijelaz kada se zagrije u tečno stanje.

Staklo je amorfna čvrsta materija. Iako struktura stakla na atomskom nivou dijeli karakteristike strukture prehlađene tekućine, staklo pokazuje sva mehanička svojstva čvrste tvari. Kao i u drugim amorfnim čvrstim materijama, atomskoj strukturi stakla nedostaje periodičnost dugog dometa uočena u kristalnim čvrstim materijama. Zbog ograničenja hemijske veze, stakla posjeduju visok stepen reda kratkog dometa u odnosu na lokalne atomske poliedre. Ideja da staklo teče u značajnoj mjeri tokom dužeg vremenskog perioda nije podržana empirijskim istraživanjem ili teorijskom analizom (vidi viskoznost u čvrstim tvarima). Iako se u staklu može izmjeriti viskozitet materijala reda 1017–1018 Pa, tako visoka vrijednost pojačava činjenicu da staklo ne bi značajno promijenilo oblik čak ni u velikim vremenskim periodima.

### Formiranje iz prehlađene tečnosti

Za gašenje taline, ako je hlađenje dovoljno brzo (u odnosu na karakteristično vrijeme kristalizacije) tada se sprječava kristalizacija i umjesto toga se neuređena atomska konfiguracija prehlađene tekućine zamrzava u čvrsto stanje na Tg. Sklonost materijala da formira staklo dok se gasi naziva se sposobnost stvaranja stakla. Ova sposobnost se može predvidjeti teorijom krutosti. Općenito, staklo postoji u strukturno metastabilnom stanju u odnosu na svoj kristalni oblik, iako u određenim okolnostima, na primjer u ataktičkim polimerima, ne postoji kristalni analog amorfne faze.

Staklo se ponekad smatra tekućinom zbog nedostatka faznog prijelaza prvog reda gdje su određene termodinamičke varijable kao što su volumen, entropija i entalpija diskontinuirane kroz raspon staklene tranzicije. Staklena tranzicija se može opisati kao analogna faznoj tranziciji drugog reda gdje su intenzivne termodinamičke varijable kao što su toplinska ekspanzivnost i toplinski kapacitet diskontinuirane, međutim to je netačno. Teorija ravnoteže faznih transformacija ne važi za staklo, pa se stakleni prelaz ne može klasifikovati kao jedna od klasičnih ravnotežnih faznih transformacija u čvrstim materijama. Nadalje, ne opisuje temperaturnu ovisnost Tg o brzini zagrijavanja, kao što je pronađeno u diferencijalnoj skenirajućoj kalorimetriji.

## Pojave u prirodi

Staklo se može prirodno formirati iz vulkanske magme. *Obsidijan* je uobičajeno vulkansko staklo sa visokim sadržajem silicijum dioksida (SiO2) koji nastaje kada se felzična lava ekstrudirana iz vulkana brzo ohladi. *Impactit* je oblik stakla koji nastaje udarom meteorita, gdje su značajni primjeri *moldavit* (koji se nalazi u srednjoj i istočnoj Evropi) i libijsko pustinjsko staklo (nalazi se u područjima istočne Sahare, pustinjama istočne Libije i zapadnog Egipta). Vitrifikacija kvarca se također može dogoditi kada munja udari u pijesak, formirajući šuplje, razgranate strukture nalik korijenu koje se nazivaju *fulguriti*. Trinitit je staklasti ostatak nastao od pijeska pustinjskog poda na poligonu za testiranje nuklearne bombe Trinity. Edeowie staklo, pronađeno u Južnoj Australiji, pretpostavlja se da potječe od pleistocenskih pašnjačkih požara, udara groma ili hiperbrzinskog udara jednog ili više asteroida ili kometa.

## Proizvodnja

Čisti silicijum dioksid ima tačku topljenja na oko 2000˚C te bi bilo jako neekonomično taliti ga na toj temperaturi. Prilikom proizvodnje stakla dodaju se sljedeće dvije tvari koje olakšavaju izradu stakla:

* soda (natrijum karbonat – Na2CO3)
* kalcijum oksid: CaO

Dodavanjem sode snižava se tačka topljenja na oko 1000˚ C, no isto tako njegovim dodavanjem staklo postaje topivo u vodi. Zbog toga u već otopljeno staklo dodaje se kalcijum oksid koji vraća staklu njegovu netopivost u vodi. Pojednostavljeno rečeno staklo se proizvodi od kamenja, što zapravo i jeste silicijum dioksid.

## Upotreba

Staklo se upotrebljava u mnogim područjima: građevini, za prehranu, izradu instrumenata, elektronike, ukrasnih predmeta itd. Iako se staklo proizvodilo od vremena starih Sumerana i Egipćana, staklo je bio skupocjen materijal i to sve do sredine 20. vijeka nakon čega staklo postaje iznimno jeftin i široko upotrebljavan materijal.

## Reference

## Vanjski linkovi

* Trag u prostoru: Čarolija stakla (RTS Kulturno - umetnički program - Zvanični kanal)