Deset tredecilionů skel

Sklo plnilo v historii lidstva důležitou roli a úroveň sklářství byla vždy jedním z atributů vyspělé společnosti. Pozoruhodné je, že přes více než pět tisíciletí dlouhou dobu používání skla (viz článek) jsme se zatím stále nedokázali shodnout na tom, jak jej definovat. Autor tohoto článku je členem mezinárodní komise, která se snaží takovou definici skla vytvořit. Je to složité především proto, že sklo je jedinečný stav hmoty.

Zatímco k popisu vlastností skla můžeme použít veličiny popisující pevnou látku, uspořádáním atomů má blíže ke kapalině. Vlastnosti skla závisejí na jeho přípravě, jde tedy o materiál s pamětí, ale většinou se skláři při výrobě snaží paměťový efekt potlačit. Obrovskou výhodou skla je jeho proměnlivost – předpokládá se (ale není to dokázáno), že se dá připravit téměř s libovolným složením. Za posledních více než pět tisíciletí lidstvo vyrobilo asi 200 tisíc druhů skla¹⁾ z odhadovaného celkového počtu 10⁷⁹ možných.²⁾ Tato hypotetická rodina zahrnuje natolik různorodé materiály, že nalezení jednotné definice skla je mimořádně obtížné. Důvodů je hned několik.

Problémy s hledáním definice skla

Při popisu struktury hmoty si často pomáháme abstraktními pojmy. Jedním z nich je krystalová mřížka, která reprezentuje rovnovážné polohy atomů, které se v prostoru periodicky opakují. Naproti tomu známe látky s neperiodickým uspořádáním (amorfní).

Pokus definovat sklo jako systém s náhodným uspořádáním je v příkrém rozporu s experimentem, jelikož oxidová skla (a křemičitá speciálně) vykazují vysokou míru krátkodosahového uspořádání.

Dalším problémem při definici skla je skutečnost, že za sklo se běžně označují (pseudo)amorfní systémy. Typickým příkladem je borito-křemičité sklo, kde křemičitá a boritá fáze mohou být prostorově oddělené, takže jde spíše o kompozitní materiál. Podobně řada kovových skel jsou v podstatě polykrystalické materiály.

Z pohledu struktury je výhodné studovat krátkodosahové, střednědosahové a dlouhodosahové uspořádání skelné hmoty. Zatímco krátkodosahové uspořádání (koordinace, prostorový vztah prvních a druhých atomárních sousedů) díky moderním metodám (NMR, EXAFS, SAXRD, ND) relativně dobře známe, středně- a dlouhodosahové uspořádání zatím můžeme studovat jen s pomocí počítačových simulací anebo nepřímo fyzikálně-matematickými modely.