По тонкому льду стекла: краткая история стеклоделия

В отделение Берлинского музея, посвящённом древнеегипетской культуре, как величайшее сокровище, хранится одинокая зеленоватая бусина, диаметром около 9 мм. Невзрачная с виду, она действительно является очень ценным музейным экспонатом. Это — древнейшее известное современным учёным изделие из стекла. Предполагают, что она была изготовлена около 5500 лет назад.

Пересказанная древнеримским учёным Плинием легенда приписывает изобретение стекла финикийским купцам, которые везли соду из Египта в Месопотамию и решили заночевать на песчаном берегу.  Привезенная сода смешалась с песком и попала в разведенный купцами костёр, а поутру финикийцы обнаружили среди остывших углей кусочки невиданного до сих пор вещества.

Кое-кто высказывал сомнение в достоверности этой легенды, но как бы там ни было, в старейших центрах человеческой цивилизации -  Междуречье Тигра и Евфрата, а также долине Нила стекло было хорошо известно и довольно широко употреблялось уже в 3 тысячелетии до н. э. С незапамятных времён стеклянные изделия встречались и в финикийских города на восточном побережье Средиземного моря.

 Древнейшее стекло выплавляли на открытом огне в глиняных мисках при довольно низкой температуре. Спекшиеся куски стеклянной массы бросали раскалёнными в воду, отчего они растрескивались на пластины, так называемые фритты. Потом фритты растирали в пыль жерновами и снова плавили. При археологических раскопках древних и средневековых стеклянных мастерских, как правило, находят две печи, одну для предварительной плавки, другую для плавки фритт.

 Полученное старинным способом, на открытом огне вещество выходило мутным, вязким и трудно поддающимся формовке. Оно было пригодно только для изготовления мелких предметов: бусин, амулетов, грубоватых мелких статуэток. Позже из стекла начали делать небольшие флаконы для благовоний. Техника выдувания тогда ещё не была известна, полые сосуды изготовлялись следующим способом: укреплённую на металлическом стержне  глиняную или песчаную форму многократно окунали в расплавленную стеклянную массу, затем катанием и трением поверхность выглаживали, а сердечник после охлаждения тщательно выскребали. Старейший из сохранившихся сосудов, изготовленных таким способом, –  чаша фараона Тутмоса III, хранящаяся ныне в Мюнхенском музее. Она датируется 1450 г. до н. э. Первая известная учёным  письменная  инструкция по производству стекла была создана примерно в 650 г. до н.э. Это – таблички с указаниями, как делать стекло, находившиеся в библиотеке ассирийского царя Ашурбанипала (669 – 626 гг. до н.э.).

На рубеже новой эры в стеклоделии произошла революция. В  восточных провинциях Римской империи начали строить высокотемпературные стеклоплавильные печи, что позволило выплавлять  стеклянную массу значительно более высокого качества, в частности, получать привычное нам прозрачное, бесцветное стекло. Тогда же в древнем финикийском городе Сидоне, была изобретена техника выдувания стекла с помощью трубки. Это дало возможность изготавливать прозрачные тонкостенные сосуды самой разнообразной формы.

 Стеклодувная  трубка дожила до наших дней не претерпев значительных изменений. Она представляет собой  полый металлический стержень длиной 1 — 1,5 м, на одну треть обшитую деревом. Кроме этого важнейшего инструмента, мастер нуждается  в металлических ножницах для отрезания стеклянной массы и прикрепления её к трубке, а также длинных пинцетообразных клещах для вытягивания и формования.

 В правление императора Октавиана Августа (1-ая половина I в. н. э.)  развивавшееся ранее лишь в восточных провинциях искусство стеклоделия распространяется по всей огромной империи. Мастерские устраивают в Италии, Испании, Галлии, Британии и Германии.

В обиход римлян начинают  прочно входить застеклённые окна и стеклянная посуда.  Конечно, стекло в Древнем Риме не  такой дешёвый и широко употребляемый материал, как в наши дни, но всё же  оно довольно доступно. Средней зажиточности гражданин может себе его позволить."Беден тот, чье жилище не украшено стеклом" — утверждал знаменитый римский оратор Цицерон.  Со временем в западной части империи возникли собственные знаменитые мастерские. Своими стеклоделами  прославились Галлия и Рейнская область.

 Нашествия варварских племён и распад Римской империи V в.  н. э. повлекли за собой упадок многих наук и ремёсел. Не стало исключением и стеклоделие. В средние века многие  рецепты   известные в    древности были либо полностью утрачены, либо оставались достоянием немногих посвящённых — потомственных мастеров или алхимиков, нередко имеющих репутацию колдунов. Они не торопились делиться секретами ремесла, поэтому стеклянные изделия стали предметами роскоши.

 В IX в. папа Лев IV по не вполне понятным соображениям издал запрет на изготовления из полого стекла церковной утвари и применение стеклянных сосудов в литургических целях. Стекло представлялось ему то ли слишком светским материалом, то ли вовсе порождением языческого, полученного от лукавого знания. Папский эдикт способствовал дальнейшему упадку художественного стеклоделия  на Западе, ведь церковь была одним из главных заказчиков на произведения различных искусств.

Вместе с тем, многие секреты античного стеклоделия пережили Тёмные века именно благодаря христианским монахам, которые бережно переписывали римские трактаты о различных ремёслах. Содержание труда Плиния о стекле было передано в «Этимологии» Исидора Севильского, епископа и святого, жившего в VII в. н. э.  Множество древних и восточных рецептов, а также поэтические легенды о стеклоделах, содержится в «Записках о разных искусствах» монаха Теофила (X-XI вв.). Но рецепты, во-первых, оставались достоянием немногих, а во-вторых, даже у счастливых обладателей драгоценных книг не всегда хватало практических навыков для успешного осуществления содержащихся в них советов.

 Парадоксально, но именно низкому уровню стеклодельного мастерства обязан своим появлением ярчайший вид искусства средних веков — искусство создания оконных витражей.

Мастерам раннего средневековья, как правило, не удавалось получить достаточно большой прозрачный и равномерно окрашенный лист стекла.   Они довольствовались небольшими пластинками. При этом, плохо зная свойства стеклянной массы, стеклоделы редко могли добиться заранее задуманного цвета. Прозрачные пластинки обычно получались разноцветными. Их вставляли в окно, соединяя свинцовыми перемычками. Получалось нечто вроде мозаики, и естественной была мысль начать выкладывать из стёклышек цветные узоры.

 Первые оконные узоры были геометрическими, заимствованными из модных тогда тканей. Позже стали создавать целые картины, фигурные композиции.

В упоминавшемся выше эдикте Льва IV речь шла лишь о запрете использования стеклянных сосудов для литургии. Папа не распространял своего предубеждения на оконные стёкла или не счёл нужным об этом упомянуть. Со временем вошло в обычай украшать окна церквей сценами из Ветхого и Нового Завета.   По мере развития готического стиля роль витражей в европейской культовой архитектуре постоянно возрастала. В XIII — XV вв. сложнейшие многофигурные композиции, образованные кусочками разноцветного стекла, занимают чуть ли не всё пространство стен между опорами громадных соборов. Так общая площадь витражей знаменитого Шартрского собора  превышает  2 000 кв. м,  диаметр круглых окон-роз составляет 13 м.

«Эти огромные круги света, эти огненные колёса, которые мечут молнии – одна из причин красоты Шартрского собора»,- писал о шартрских «розах» французский историк искусств Маль.

Такое круглое окно-витраж, получившее название «роза» и ставшее классической деталью готической архитектуры, впервые было, по-видимому, изготовлено именно в Шартре по заказу короля Людовика IX Святого и его супруги Бланки Кастильской. На витражах этой первой «розы» изображены сцены из земной жизни Богоматери, картины Страшного суда и гербы Франции и Кастилии.

 А вот ещё одно описание витражей Шартрского собора: «Когда солнце горячо, плиты пола и поверхность  столбов покрываются огненными, ультрамариновыми и цвета граната пятнами, растушеванными на зернистой поверхности камня, как от прикосновения пастели. В серую погоду вся церковь наполняется голубоватым мерцанием, придающим большую глубину перспективе, сводам — больше таинственности».

В зрелое средневековье мастерство и знания тех, кто по своей воле умел придавать стеклу различные оттенки ценилось очень высоко. Лишь в XV в. палитра западноевропейских витражей обогатилась жёлтой краской, а известный римлянам секрет очень красивого рубиново-красного стекла (так называемый «золотой рубин») только в XVII  в. сумел воссоздать знаменитый алхимик Иоганн Кункель. Причём, он унёс в могилу тайну этой красоты, оставив записку такого содержания:

«Так как этот секрет стоил мне больших трудов, стараний и забот, то пусть никто не сочтёт дурным, что я не делаю его сейчас достоянием всех». 

Древние рецепты стеклоделия лучше сохранились на востоке в Византии, а также в занимавшей как бы промежуточное положение между Востоком и Западом Венецианской республике. Последней суждено было стать знаменитым на весь мир центром художественного стеклоделия, не утратившим своих позиций по сей день.

 У истоков прославленного венецианского стеклоделия стояли монахи-бенедиктинцы. В конце X - начале XI вв. они наладили здесь производство сравнительно незатейливых фляг для вина. Позже искусство городских мастеров развивалось и оттачивалось. Новый импульс к развитию местное стеклоделие получило после 1204 г. Тогда из захваченного крестоносцами Константинополя бежало множество талантливых ремесленников, знатоков старинных секретов. Значительная их часть осела в Венеции.

Во второй половине XIII ст. появляется абсолютно оригинальная венецианская тонкостенная посуда и стеклянная бижутерия. Вскоре после этого производство и продажа стеклянных изделий были взяты по жёсткий контроль властями Венецианской республики и стали государственной монополией. В конце того же столетия был издан указ, предписывающий всем стекольным заводам переехать на остров Мурано. Профессиональные секреты стеклоделов приобрели статус государственной тайны, их выдача каралась, как измена республике.

 Венецианцы умели химически окрашивать стекло примесями меди, кобальта и золота, с помощью жжёной кости создавали очень красивое опаловое стекло. В XVI в. вся Европа сходила с ума по привозимым из Венеции драгоценным изделиям из так называемого льдистого или льдяно-цветочного стекла. В процессе изготовления раскалённую заготовку погружали в холодную воду, отчего на поверхности появляется сеть мелких трещинок, а стекло мутнеет. Затем процесс выдувания продолжают, в результате чего острые края трещинок заглаживаются. Получается стеклянный сосуд, украшенный неповторимым узором.

Уже в конце XIII в. в Венеции начали изготавливать стёкла для очков. А в XVI в. на острове Мурано изобрели зеркальное стекло. Прежде в качестве зеркала использовали шлифованный металл либо горный хрусталь. Такие зеркала были далеки от совершенства. Стеклоделы Мурано наносили на оловянную пластину очень тонкий слой ртути, а затем покрывали его слоем прозрачного стекла. Этот метод сначала составлял тайну обитателей стеклянного острова, но затем постепенно распространился по Европе. В XIX в. ртуть заменили серебром, что обеспечило ещё более высокое качество.

Венеция была самым прославленным, но не единственным в Европе городом, где трудились искусные мастера-стеклоделы.  Знаменитые уже в средние века центры стеклоделия имелись в Богемии и Германии.  Замечательный немецкий сказочник Вильгельм Гауф в одной из своих сказок, основанных на народном фольклоре, приводит описание Стеклянного Человечка - доброго духа или волшебника, покровителя стеклоделия:

«И в ту же минуту он увидел под корнями старой ели крошечного старичка в черном кафтанчике, в красных чулочках, с большой остроконечной шляпой на голове. Старичок приветливо смотрел на Петера и поглаживал свою небольшую бородку — такую легкую, словно она была из паутины. Во рту у него была трубка из голубого стекла, и он то и дело попыхивал ею, выпуская густые клубы дыма.
Не переставая кланяться, Петер подошел и, к немалому своему удивлению, увидел, что вся одежда на старичке: кафтанчик, шаровары, шляпа, башмаки — все было сделано из разноцветного стекла, но только стекло это было совсем мягкое, словно еще не остыло после плавки».

Постепенно стекло занимало всё более прочные позиции в повседневной жизни. В XVII в. в Западной Европе научились делать привычные нам прямоугольные оконные стёкла. Для этого изготавливали стеклянный цилиндр, разрезали его в продольном направлении и аккуратно растягивали.

 Приблизительно в это же время вино впервые стали продавать в стеклянных бутылках.  В 1661 г. англичанин Джон Колнет запатентовал винную бутылку и извлёк из этого немалую прибыль. Бутылка Колнета была сделана из темного, крепкого и тяжелого стекла. Тело было шарообразным, а дно слегка приплюснуто для устойчивости. Вокруг горлышка, на несколько сантиметров от конца, располагалось кольцо для упрочнения, а также, чтобы удерживать веревку, которая фиксировала пробку. В последующие 30-40 лет, форма бутылки стала более цилиндрической, а горлышко короче. Новое изобретение произвело революцию в торговле вином, стремительно распространяясь по европейским странам. До этого новшества, бутылки никогда не продавались с их содержимым. Это была домашняя посуда. Подобно чашкам и тарелкам бутылки постоянно мылись и заново использовались.

 Во второй половине XVIII в. стеклоделие из «тайного знания» наконец превратилось в науку в современном смысле этого слова, дисциплину на стыке физики и химии. В этом немалая заслуга светила российской науки Михаила Васильевича Ломоносова.

 В 1748 г. благодаря усилиям Ломоносова при Академии  была открыта научно-исследовательская  Химическая лаборатория. Здесь учёный провёл более 4-х тысяч опытов, разрабатывая день за днём, месяц за месяцем технологию цветных стёкол — прозрачных и непрозрачных. Работы проводились на чрезвычайно высоком методическом уровне: строго соблюдалось единообразие условий опытов — при изучении качественного влияния какого-либо одного фактора, соблюдались все меры, чтобы действие остальных технологических параметров эксперимента оставались постоянными.  Соблюдалась строгая количественная дозировка компонентов, с точностью  до 1 грана (0,0625 г). Полученные образцы хранились в строгой системе в специальных пронумерованных ящиках.

Ища поддержки и субсидий для развития своих исследований Ломоносов создал  уникальное литературное произведени: весьма объёмную (3 тысячи слов) поэму озаглавленную «Письмо о пользе Стекла к высокопревосходительному господину генералу-поручику действительному Ея Императорскаго Величества камергеру, Московскаго университета куратору, и орденов Белаго Орла, Святаго Александра и Святыя Анны кавалеру Ивану Ивановичу Шувалову, писанное в 1752 году».

В середине 50-х годов Михайло Васильевич основал на пожалованных казной землях в деревне Усть-Рудица близ Ораниенбаума стекольный завод, существеннейшей частью которого была химическая лаборатория. Параллельно он занимался общей физической теорией цвета. В числе прочего ему удалось заново открыть и сделать наконец всеобщим достоянием секрет «золотого рубина», столь тщательно оберегаемый Кункелем.

Итак, в течение XVIII в. была подробно разработана методика получения стеклянных масс, имеющих самые разнообразные свойства. Ознакомится с рецептами мог каждый, кто имел соответствующее образование.

 Во второй половине XIX в. производство стекла начали механизировать. Основой для механизации  послужила созданная в Германии Сименсом в 1870 г. первая непрерывно действующая стекловаренная ванная печь.  Вскоре появились стеклоформующие машины для выдувания банок, бутылок, стаканов, колб электроламп. В конце века по способу, предложенному в Англии Любберсом и Чемберсом, было налажено механизированное производство выдувных стеклянных цилиндров, которые затем разглаживали в листы оконного стекла. В 1902 г. бельгиец Эмиль Фурко получил патент на механизированный способ вытягивания непрерывной ленты стекла из стекломассы в ванной печи с применением специального огнеупорного поплавка (лодки). Современный агрегат для изготовление бутылок работает днём и ночью и в течении суток производит 200 тысяч изделий.

 Механизация сделала стекло одним из самых дешёвых и обыденных материалов, но художественное стеклоделие, пережив некоторый упадок в конце XIX в., отнюдь не кануло в прошлое, а пришло к новому расцвету, сохранив в употреблении старые добрые инструменты: стеклодувную трубку, ножницы и клещи, и в то же время, активно используя новые технологии.

Основным стеклообразующим веществом, является кварцевый песок, он же диоксид кремния SiO2  . Стекло можно получить, используя только это компонент, но для его выплавки нужна труднодостижимая температура, более чем 2000°С. Веществом, позволяющим снизить температуру плавления, может служить карбонат натрия, то есть сода. При нагревании происходит реакция разложения.

Na2 CO 3→Na2O + СO2↑

Образовавшийся оксид натрия, при температуре выше 700°С, переходит в расплавленное состояние и растворяет в себе диоксид кремния.

Для придания стеклу стойкости к воздействию влаги, вводят стабилизирующий компонент, - оксид кальция, который является продуктом термического разложения известняка, добавляемого в состав на начальном этапе.

CaCO3 → CaО + CO2↑

 При остывании расплава образуется сложное силикатное соединение.

Na2O : CaO : 6SiO2

 Это так называемое содовое стекло. Различают ещё два основных вида стекла, несколько отличающихся своими свойствами: калийно-известковое стекло

 K2O : CaO : 6SiO2 ;

 калийно-свинцовое стекло

K2O : PbO : 6SiO2 ;  

В этих последних случаях вместо соды используют поташ  - K2 CO 3. 

Поташное стекло более тугоплавкое и менее пластичное чем содовое, но зато отличается ярким блеском. Свинцовое стекло, получаемое заменой окиси кальция окисью свинца, мягкое, легко плавится и отличается особенно сильным блеском и высоким коэффициентом светопреломления. При этом оно довольно тяжёлое. Это — идеальный материал для художественной резьбы по стеклу.

 Различную окраску задают примеси, содержащиеся в исходных компонентах, или специально добавляемые.  Небольшое включение кобальта придаёт стеклу красивый густо-синий оттенок, наличие хрома делает его ярко-зелёным, урана — лимонно-жёлтым.  Очень красивый жёлтый цвет получается при использовании  коллоидного серебра. В рубиново-красный цвет стеклянную массу можно окрасить, добавив в неё коллоидное золото, а при определённых условиях, более дешёвую медь. С помощью меди можно получить также бирюзовые тона. Соединения железа, в зависимости от концентрации и температурных условий придают стеклу зеленоватый, желтоватый или красновато-бурый оттенок.  Именно железистые примеси окрашивают в привычные нам цвета обычную пивную бутылку. Даже небольшие, вроде бы незначительные неточности в рецептуре могут существенно повлиять на конечные свойства получаемого вещества.

Итак, с химическим составом стекла всё более-менее ясно, чего не скажешь о его структуре. Ставший таким привычным и обыденным материал до сих во многом составляет загадку для физиков. На сегодняшний момент не существует общепризнанной, удовлетворяющей всех теории структуры стекла.

 Любопытствующих принято удивлять сообщением, что с физической точки зрения стекло является жидкостью, просто очень вязкой. Обычно эта новость производит на свежего человека ошеломляющее впечатление. Однако это не совсем верно. Стекло, безусловно, не является настоящим твёрдым телом, таким как лёд или идентичный стеклу по химическому составу, но не по структуре горный хрусталь, так как не имеет кристаллической решётки. Но и от классической сверхвязкой жидкости, такой, например, как дёготь, его строение отличается. Сверхвязкие жидкости, какими бы сверхвязкими они не были, через какое-то время оплывают, деформируются. Стекло с течением времени подвержено очень медленной кристаллизации, отчего, как правило, стаёт мутным и пористым. Процесс этот может растянуться на тысячелетия.