Почему же и как получаются стекла, окрашенные в различные яркие цвета: красные, голубые, зеленые, синие, желтые?
Вот, например, красивые красные стекла, похожие на драгоценные камни рубины; их так и называют рубинами. Еще в XVII веке умели делать искусственные рубины, для чего в стекло вводили золото. Мастер, знавший секрет золотого рубина, умер, а вместе с ним умер и способ получения рубина. И узнали его снова только в XIX веке.
А вот о том, что такие же рубиновые стекла можно получать, если вводить в стекло не дорогое золото, а дешевую медь, не знали долго, а между тем и в том и в другом случаях происходят одни и те же процессы.
Рубиновые стекла изготовляются следующим образом. Вначале при варке стекло с небольшим количеством меди и олова бесцветно, и изделия из этого стекла получаются также бесцветными. Их снова нагревают до определенной температуры, и вот тогда-то они расцвечиваются в красивые красные цвета, похожие на цвет драгоценного рубина.
Медные рубины более капризны, чем золотые, и потому часто случалось, что при варках медного рубинового стекла хорошее красное стекло не выходило. А иной раз стекло получалось совсем неокрашенным, и никакими способами не удавалось вызвать в. нем красную окраску.
Много позже, когда варкой стекла стали интересоваться ученые-химики, они разобрались во всех тонкостях производства всевозможных окрашенных стекол и избавили стеклоделов от многих досадных неудач.
Почему же медные рубиновые стекла получаются не всегда одинаково удачно? Оказалось, что не всегда медь ведет себя в стекле одинаково. Чтобы получить красивый рубин, надо, чтобы медь не соединялась с другими составными частями стекла, а находилась в нем в виде мельчайших кристалликов металлической меди, которые равномерно распределены по всему стеклу. При варке медного рубина сначала частицы меди очень малы, и их присутствие в стекле ничем не обнаруживается. Поэтому быстро остывшее стекло бесцветно. Но стоит только это стекло нагреть и подержать при температуре в 600—700°, как начинает появляться красная окраска и стекло превращается в рубин.
Что же здесь происходит? Оказывается, что при этих температурах, хотя стекло еще твердое, в нем уже возможно некоторое движение, и вот частицы меди приближаются друг к другу, собираются вместе и выстраиваются в определенном порядке. Эти кристаллики уже настолько велики, что не могут пропустить весь попадающий на них свет; они образуют как бы сетку, в которой застревают лучи света всех цветов, кроме красного. Красным же лучам удается пробраться через эту сетку, и поэтому стекло становится красным. О них так и говорят, что они пропускают красные лучи и поглощают все остальные: они как бы фильтруют свет, как фильтруют химики в лаборатории свои растворы. Осадок остается на фильтре, а раствор свободно проходит через него. Этим-то свойством пропускать или поглощать лучи разного цвета и объясняется окраска всех без исключения стекол. Цветные стекла, которые используются для выделения лучей какого-нибудь одного цвета, так и называют светофильтрами.
Конечно, свет фильтруется через стекло не совсем так, как фильтруются растворы. В зависимости от того, какое вещество вводится в стекло, меняется цвет стекла, то есть через одни стекла проходят только синие лучи, а через другие — только зеленые. При этом только в рубиновых стеклах введенные частицы металла находятся в виде кристалликов, а в большинстве других стекол металл так же хорошо в них растворен, как сахар или соль в воде, и образует со стеклом вполне однородную массу. Однако способность поглощать или пропускать лучи разных цветов остается. Больше того, та же самая медь, если она будет находиться в стекле не в виде кристалликов, а растворится в нем и соединится с другими его частями, окрасит стекло уже не в красный, а в сине-зеленый цвет. Теперь уже очень хорошо известно, какие металлы окрашивают стекло в тот или другой цвет. Например, никель окрашивает стекло в фиолетовый или коричневый цвет, хром — в желтозеленый, кобальт — в синий, марганец — в фиолетовый. Если ввести в стекло одновременно 2 или 3 красителя, можно получить промежуточные цвета. Так, для того, чтобы получить зеленое стекло, надо ввести в стекло вместе и медь и хром. Однако далеко не все красители можно смешивать в стекле. Если в шихту стекла ввести марганец и железо, то окраска марганца совсем пропадет, он обесцветится. Наоборот, хром при внесении его в стекло вместе с марганцем очень усиливает окраску последнего. Составные части самого стекла также очень сильно влияют на окраски, производимые одними и теми же красителями.
Советские химики и инженеры умеют получать стекло любых цветов и оттенков и по своему усмотрению менять их лучше, чем это делали в старину самые опытные мастера, и уж, конечно, не делают из этого секретов. В деле создания отечественного производства стекла для светофильтров очень много сделал советский ученый, профессор В. В. Варгин.
Каких только стекол не делают теперь на наших заводах! Разнообразие их, пожалуй, больше, чем разнообразие красок в палитре художника. Цветные стекла используются теперь не только для изготовления красивой посуды, картин и украшений зданий. Они служат также для всевозможных научных и технических целей. Цветные светофильтры используются в приборах для выделения из белого света лучей какого-либо одного цвета, для поглощения вредных или мешающих лучей.
Везде мы видим цветные стекла. Как ярко светятся в темноте красные, зеленые и желтые сигнальные огни! Красные фонари в фотографических лабораториях предохраняют от порчи светочувствительные пластинки и бумагу. Желтые светофильтры употребляются для фотографии и аэрофотосъемки. Есть еще черные стекла, выделяющие невидимые ультрафиолетовые или инфракрасные лучи, и стекла, которые, наоборот, поглощают эти лучи и пропускают видимые.
Можно было бы привести еще много примеров применения светофильтров, но мы расскажем только о некоторых из них.