【ガラスの科学】ガラスの組成と性質・UVライトで光る蛍光ガラス

生活と科学
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初出:2019/09/24 Vol.347 ガラスの歴史
改稿:2021/01/22

Joker
Joker

よっ、はっ・・・おっとっと・・・いやー、ガラス細工って本当に難しいですね。

くられ
くられ

職人芸の世界だねー。Dr. STONEのカセキ爺さんとか本当にすごいわけで。

POKA
POKA

はっはっは。そこで、今回はこんなものを用意したぞ!(ブィィィィィイイイイン)

Joker
Joker

・・・なんですか、その何回やっても倒せない的なサムシングは。

POKA
POKA

これを使えば送風量を一定に保ちつつ多段階に調節が可能だ! では早速、最大出力からテストを・・・

くられ
くられ

そこは出力弱めからじゃないの・・・うひょぉぉぉっ、あぶなっ、溶けたガラスが!

Joker
Joker

せ、先生! 尻尾にあっつあつのガラスがかかって燃え上がってますよ!

POKA
POKA

またFireFoxか。まあ、実験に失敗は付き物だし、誤差の範囲だ!

くられ
FireFox

ギャーーーーーー

※溶けたガラスは大変危険なので、悪ふざけはやめましょう。

ガラスの歴史

科学動画で、アニメ「Dr. STONE」とのコラボ企画をやりました。

取り扱ったのはガラス。原作でもガラスを作るために素材を集めていました。

原作では4巻、アニメだと11話のエピソードですね。

こうして作られたガラスはあらゆることに応用され、実験器具のみならず、閃光弾やブラックライトにも使われています。

ガラスは人類の発見者が不明なぐらい昔の発明であり、数千年前から利用の痕跡が出土しています。

今回は、そんなガラスに関してのあれこれをご紹介していきましょう。

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ガラスの組成・成分的には水晶と同じ

ガラスは、硅砂(二酸化ケイ素)に炭酸カルシウム(石灰石でも貝殻でも)、そこにナトリウム塩やカリウムを加えて高温で溶かしてやれば出来上がります。

ナトリウム塩を多くするとソーダガラス、カリウムだとカリガラスといった感じですね。

そして、一端ガラス化すると、今度は再利用はより低温で可能になるので加工も楽になります。

ガラスは二酸化ケイ素、つまり、そこら辺に落ちている石英や、その結晶である水晶・・・と成分的には同じです。

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水晶とガラスの違い・アモルファス

水晶とガラスは成分的には同じですが、では違いはというと、水晶が結晶構造を取っているのに対して、ガラスはそうではないところです。

水晶は結晶といって二酸化ケイ素同士がしっかりと繋がっており、結晶構造を分子的にとってキッチリ並んでいる状態です。

一方でガラスは、まるで液体のように自在に存在しているが・・・温度的に固体として固まっている曖昧な状態で、非晶質、アモルファスと呼びます。

液体か固体かといわれれば固体だけど、液体の性質を残したまま固体になっているという感じです。

言ってもそんなに特別なものではなく、例えば氷砂糖は砂糖の結晶、飴玉は砂糖のアモルファスなわけです。

ちなみに水晶とガラスは結晶質と非晶質の差で、熱の伝わりが顕著に違います。同じ大きさのビー玉と水晶玉があっても手に持つと水晶玉はひんやりしているのですぐに分かります。

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色付きガラスや蛍光性ガラス

またそこに、不純物として他の金属イオンが入ると色が乗ります。

これがウランのような元素だとウランガラスといってブラックライトでピカーっと光る特殊なガラスになるわけです。

蛍光性ガラスというのは実は意外と多くて、銅も薄青にじわっと光りますし、カドミウムや錫といった元素も入っていると光ります。

そういったガラスは骨董品などにけっこう使われており、粗大ゴミ置き場などで照らすと思わぬお宝が発見できることもあります。

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オススメのUVライト・ガラスが目に見える理由

光らせるためのUV LEDライトについては過去にオススメの記事があるので興味のある人は関連記事からどうぞ。

手頃なのはこの辺ですね。

しかし透明のガラスがどうして目に見えるのでしょう?

それは空気とガラスは屈折率といって光の通る曲がり具合が違うからです。故にキラキラして見えて手に取ってみることができるわけです。

ちなみにガラスの屈折率は食用油と近いため、ガラスを油にいれるとほぼ見えなくなります。

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著者紹介

くられ
くられ

サイエンス作家、タレント。シリーズ累計20万部の「アリエナイ理科」シリーズを始め楽しい科学書の分野で15年以上活躍。週刊少年ジャンプ連載「Dr.STONE」においては科学監修を務め、フィクションと実科学との架け橋として活躍中。TV番組「世界一受けたい授業」「笑神様」「MATSU」ぼっちの出演や、YouTubeで80万再生を超える科学動画を「主役は我々だ!」と共同製作も。仕事の依頼や関連情報は https://twitter.com/reraku

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参考

コラボ動画でお世話になったガラス工房はこちら

藤岡市 | 工芸体験村 土と火の里公園
染色・陶芸・ガラスの工芸体験ができる工芸体験村 土と火の里公園。ご家族やご友人など、大切な人との思い出を「形」にしてみませんか。
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