Волшебное стекло (в гостях у стеклодува)

Уже ни один химик ни в одной химической лаборатории мира не пользуется стеклянной ретортой — традиционным символом химии. Но стекло было и остаётся основным материалом, из которого изготовляется лабораторная посуда. 

В этом нет ничего удивительного. Стекло прозрачно — оно не мешает наблюдать за ходом реакций, оно не разрушается большинством широко применяемых химических реактивов, и, наконец, из стекла можно легко делать любые, даже самые замысловатые приборы. Легко?

Каждый, кто когда-либо бывал в химической лаборатории, помнит, наверное, каким порой совершенно фантастическим оборудованием пользуется химик. Но при беглом знакомстве любой, даже самый сложный прибор кажется не более удивительным, чем, скажем, огромное ветвистое дерево, выросшее из маленького семечка.

Но попробуйте хотя бы на секунду задуматься — а как это сделано? Ведь каждый из этих приборов создан руками умельца-стеклодува из обыкновенных стеклянных трубочек...

Стекло – удивительный материал. Подавляющее большинство веществ, после нагревания до определённой температуры, переходит из твёрдого состояния в жидкое. Этот переход происходит так резко, что точка плавления вещества считается одной из его важнейших физических характеристик.

А вот у стекла такой точки нет. При повышении температуры оно постепенно размягчается. И наоборот, при охлаждении медленно затвердевает, превращаясь в аморфную хрупкую массу. Это свойство настолько своеобразно, что иногда даже говорят об особом, стеклообразном состоянии вещества.

Почему же так происходит? При достаточно высокой температуре стекло ведёт себя как обычная, хотя и очень вязкая жидкость. Но если вязкость жидкого стекла всего лишь (!) в 10' (то есть в десять тысяч) раз больше вязкости воды, то при понижении температуры она катастрофически — в сотни миллиардов раз — увеличивается. В результате этого стекло просто не успевает закристаллизоваться.

Но мы говорили, что процесс затвердевания стекла происходит постепенно, а не сразу. А что же делается при температуре не очень низкой, но и не слишком высокой? В этом случае стекло ещё не хрупкое, но уже и не жидкое. Оно густое, вязкое, и пластичное — вроде патоки. Именно в таком — рабочем — состоянии из него и можно изготовлять, например, разнообразные химические приборы.

Мы нагрели стеклянную трубку до рабочей температуры. А что дальше? Что можно из этой трубки сделать?

Попробуем сначала её растянуть. Впрочем, даже эта простейшая операция уже требует известного навыка: во-первых, нагревая трубку, её надо непрерывно вращать; во-вторых, когда стекло размягчилось, его надо вынести из пламени горелки, и всё ещё непрерывно вращая, не спеша растянуть в разные стороны. Вот так:

 

Этим простейшим приёмом — оттягиванием — стеклодуву приходится пользоваться очень часто. 

А что получится, если стеклянную трубку нагревать дальше, не вынимая из пламени стеклодувной горелки? 

В этом случае расплавленный участок стеклянной трубки будет сам по себе съёживаться, а стенки трубки утолщаться, до тех пор, пока не сольются вместе:

Этот приём называется осаживанием. 

Теперь попробуем перейти к более сложной операции. Сначала, пользуясь уже знакомым нам приёмом — оттягиванием, — сделаем заготовку. У этой заготовки один оттянутый кончик запаян, а другой — открыт. Осаживая стекло в том месте, где оттяжка переходит в широкую трубку, её можно отделить — отпаять:

Теперь поддуем в другую, открытую оттяжку нашей заготовки:

Но что это?! Ай-яй-яй! Так резко дуть нельзя. Работать со стеклом надо спокойно. Только так, поддувая очень-очень осторожно, у стеклянной заготовки можно сделать круглое дно:

Ну, а почему же всё-таки стеклодув называется стеклодувом? Пока что мы поддували только один раз — когда делали круглое дно.

Стеклодуву приходится поддувать практически при выполнении любой уже знакомой нам операции — и оттягивания, и осаживания, и изготовления дна. Но иногда ему приходится и выдувать. 

Возьмём заготовку, которую уже делали раньше, и начнём нагревать её, непрерывно вращая, чуть выше того места, которое мы нагревали в предыдущий раз. При этом стенки заготовки будут осаживаться; чтобы они не осели совсем и не слиплись друг с другом, будем время от времени выравнивать их поддуванием:

Теперь, когда стенки стали уже достаточно толстыми, вынем нашу заготовку из пламени и, продолжая вращать (чтобы расплавленный участок трубки не осел вниз), спокойно и не торопясь будем дуть в незапаянное отверстие:

Эта операция так и называется - выдувание шарика:

А теперь представьте себе, что химику нужен какой-то стеклянный прибор. Он, как мог, нарисовал эскиз, и принёс его мастеру. Вот он, этот рисунок:

Прибор, который нарисовал химик, состоит из двух частей: круглой колбы с широким цилиндрическим горлом, и припаянного к нему отвода.

С чего же начать? Перво-наперво следует подобрать нужное стекло: кусок широкой трубки (её ширина должна быть равна ширине горла) и кусок узкой трубки для изготовления отвода. 

Как мы уже знаем, без подготовительных операций из трубки нельзя сделать шарик — колбу. Поэтому сначала сделаем заготовку, оттянув концы широкой трубки и затем — точь-в-точь как мы это делали раньше — выдуем шарик. Ну, а что дальше? Ведь в стенке горла нам каким-то образом надо проделать отверстие. 

Вспомним, что получилось, когда мы поддували сильно и резко. Ведь у нас насквозь продулась дырка!

Так и сделаем. Сильно нагреем стенку заготовки в одном месте и резко дунем:

Итак, у нас есть отверстие, к которому нужно припаять отвод. Для того, чтобы выполнить эту операцию, сильно нагреем края продутого отверстия и одновременно — один из концов отвода:

Затем вынесем их из пламени горелки, осторожно соединим, чуточку поддуем, вытянем — и спай готов!

Теперь можно заняться изготовлением горла. Для этого на месте горла сделаем круглое дно и продуем его:

Острые края отверстия оплавим и подравняем специальным инструментом — развёрткой. Вот, посмотрите, что получилось:

Когда горло охладится, заткнём его пробкой, через которую пропущена трубка для дутья, отпаяем не нужную теперь оттяжку, выровняем поддуванием круглое дно колбы, отрежем и оплавим конец отводной трубки — и заказ химика выполнен.

Как видите, чтобы изготовить довольно простой прибор, пришлось в определённой последовательности проделать изрядное число операций. И хотя сами по себе они в достаточной степени просты, выполнить их быстро, точно и ловко — не такая уж лёгкая задача.

Дело в том, что стекло — очень капризный материал. Перегреешь его чуть выше рабочей температуры, и оно «убежит» из рук — сомнется, слипнется, спаяется не там где надо. Зазеваешься и переохладишь его, и вот уже раздался лёгкий, но зловещий звон — изделие лопнуло и исправить его уже невозможно...

Искусство стеклодува как раз и состоит в том, чтобы чувствовать температуру стекла, держать его все время в рабочем состоянии. Для этого одну часть изделия надо время от времени нагревать, другую охлаждать; приходится также непрерывно изменять форму, размеры и температуру пламени горелки. И всё это надо делать «на одном дыхании», не задерживаясь ни на долю секунды!