こんなに硬いガラスが実は液体？！ガラスの特異性について！

ふだん何気なく触れている窓ガラスやコップ。落とすと「ガシャン！」と割れてしまうくらいカチカチに硬いですよね。でも、実はガラスが「どうして透明なのか」「どうしてあんなにきれいに割れるのか」考えたことはありますか？

実は、科学の世界でガラスは、氷や鉄とはまったくちがう「とても不思議で特別なもの」として扱われています。もしかしたら、みなさんが知っている「固体のルール」を大きくくつがえしてしまうかもしれません。今回は、身近なガラスの「なぜ？」を一緒にのぞいてみましょう！

ガラスってどんなもの？暮らしの中のふしぎ
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ガラスってどんなもの？暮らしの中のふしぎ

ガラスは液体？！

氷や、鉄を思い浮かべてみてください。これらの状態は固体と呼ばれ、融点を超えると解けだし、液体に変化しますよね。

固体と液体の違いは明確。氷を構成する水分子や、鉄を構成する鉄分子が完全に静止していれば、固体、自由に動き回っていれば液体です。

ところが、ガラスはまったくちがいます。ガラスを温めてドロドロに溶かしたあと、冷やして固めるときに、あまりにも急激にねばり気が強くなるため、粒たちがキレイに並ぶ時間がありません。その結果、粒がバラバラに散らかった「液体のときの並び順」のまま、無理やり動けなくなって固まっているのです。

つまり、ガラスは「液体の姿のまま、時間を止められてカチカチになったもの」で、物凄く粘性が高い液体であるともいえます。

氷とちがって「溶ける温度」が決まっていない？

氷は0度になると一気に溶けて水になりますよね。このように、普通の固体には「ここを超えたらドロドロに溶ける」という決まった温度（融点）があります。

ところが、ガラスにはこの決まった温度が存在しません。熱していくと、ある温度を境に急に液体になるのではなく、だんだんと水あめのようにやわらかくなっていきます。

この「決まった融点がない」という性質があるからこそ、熱でやわらかくしながら息を吹き込んで丸いコップを作ったり、細く長く引き伸ばしてインターネットの通信に使う「光ファイバー」を作ったりと、自由自在に形を変えることができるのです。

どうしてガラスは透き通って見えるの？

牛乳が白く見えたり、紙が透けなかったりするのは、光が通り抜けるときに粒やスキマにぶつかって、あちこち跳ね返る（散乱する）からです。

でも、ガラスには規則正しい結晶の境目がありません。粒がバラバラに散らばっているおかげで、すき間を光がまっすぐ通り抜けることができます。さらに、ガラスの主な材料である「けい砂（石英という砂の成分）」の粒が、目に見える光を吸収しない性質を持っているため、まるで何もそこにはないかのように透き通って見えるのです。

カチカチなのにどうしてすぐ割れちゃうの？

「ガラスは壊れやすい」というイメージがありますよね。でも、実はガラスという素材そのものは、金属の鉄に負けないくらい引っ張る力に強い物質です。

それなのに割れてしまう原因は、ガラスの表面にあります。肉眼では見えないほどミクロな「小さな傷」がたくさんついているからです。ガラスに強い力が加わると、その小さな傷の先端に力が一気に集まってしまい、そこからピキッと全体にヒビが走ってしまいます。もし傷がひとつもない完璧なガラスを作ることができたら、ビルから落としても割れないくらい頑丈だといわれています。