هل الزجاج صلب أم سائل؟ هل سمعت هذا السؤال من قبل؟ هذا السؤال حير الناس لفترة طويلة. أجريت الدراسات الأولى حول هيكل وتعريف الزجاج في عام 1830 ، ومنذ ذلك الحين تم تغيير العديد من المفاهيم مع تطور العلم والتكنولوجيا.
في البداية ، ربما تكون الإجابة الأولى التي تتبادر إلى الذهن هي أن الزجاج صلب. ومع ذلك ، تبدأ الشكوك بالظهور عندما نواجه عملية التصنيع. دعنا نفهم المزيد عن هذا؟
هناك عدة طرق لإنتاج الزجاج ، مثل ترسيب البخار الكيميائي ، الانحلال الحراري ، التشعيع النيوتروني ، عملية سول-جل ، من بين طرق أخرى. العملية الأكثر استخدامًا اليوم هي الطريقة الكلاسيكية لـ ذوبان / تبريد.
كما يوحي الاسم ، في هذه العملية ، يتم نقل خليط من مسحوق المواد إلى فرن عند درجة حرارة حوالي 1500 درجة مئوية. في هذا الفرن ، يذوب الخليط (ينتقل من صلب إلى سائل) ويشكل كتلة فطيرة بلزوجة مماثلة لتلك الموجودة في العسل. يتم بعد ذلك إزالة هذا الزجاج من فرن الصهر وتشكيله عند تبريده ، ليصل إلى الهيكل الصلب الذي نعرفه.
خطوات تصنيع الزجاج اليدوي
بشكل عام ، المواد المستخدمة في خليط الزجاج كمواد خام لتحضير الزجاج هي السيليكا أو ثاني أكسيد السيليكون (SiO
2 ), الموجود في الرمال ، ولكن من المعتاد في المصانع استخدام شكل بلوري آخر من ثاني أكسيد السيليكون ، وهو الكوارتز ؛ ال الصودا أو الصودا (كربونات الصوديوم - Na2كو3) انها ال الحجر الجيري (كربونات الكالسيوم - كربونات الكالسيوم3). يتم سحق هذه المواد الثلاث وتحويلها إلى مسحوق ، ثم خلطها بالنسب المناسبة.تشكلت الكتلة مع الاندماج يتكون من سيليكات الصوديوم والكالسيوم:
رماد + حجر جيري + رمل ← زجاج عادي + ثاني أكسيد الكربون
في2كو3 + كربونات الكالسيوم3 + SiO2 → سيليكات الصوديوم والكالسيوم + ثاني أكسيد الكربون
x في2كو3 + ذ كربونات الكالسيوم3 + ض SiO2 → (في2س)x . (كاكو)ذ. (SiO2)ض+ (س + ص) أول أكسيد الكربون2
في الصناعات ، من الشائع إضافة الزجاج المكسور إلى الخليط ، وهو وسيلة إعادة تدوير الزجاج.
على الرغم من ذكر المواد غير العضوية فقط هنا ، إلا أن هناك أيضًا زجاجًا مصنوعًا من مواد عضوية ومعدنية.
عند تحليل هذه العملية ، قد يعتقد البعض أن الزجاج سيكون سائلاً ، حيث يخرج كسائل متجانس بعد ذوبانه في الفرن. ومع ذلك، لا يُصنف الزجاج على أنه سائل ولا صلب فقط ، ولكن كمادة صلبة غير بلورية. مثله؟؟؟
لفهم ذلك ، دعنا نقارن النظارات بالبلورات. هذه ، بشكل عام ، هي مواد صلبة بلورية ، أي أنها تقدم بنية يكون ترتيب الذرات دوريًا ومتماثلًا.
تمثيل توضيحي للمادة الصلبة البلورية بترتيب بلوري متماثل ودوري
من ناحية أخرى ، لا يحتوي الزجاج على ترتيب ذري مع تناظر ودورية انتقالية ، ولكنه يتكون من شبكة ممتدة وعشوائية ثلاثية الأبعاد ، كما هو موضح في الرسم التوضيحي التالي:
تمثيل توضيحي للشبكة الزجاجية (مادة صلبة غير بلورية) حيث يتميز بغياب التناظر والتكرار
بناءً على ذلك ، يدعي البعض أن الزجاج مادة صلبة غير متبلورة. ومع ذلك، على الرغم من أن المواد الصلبة غير المتبلورة هي أيضًا مواد صلبة غير بلورية ، إلا أنها تختلف عن الزجاج. في حين أن الزجاج يحتوي على تزجج ، فإن المواد الصلبة غير المتبلورة لا تحتوي على هذه الظاهرة.
وبالتالي ، يمكننا تعريف الزجاج على أنه مواد صلبة غير بلورية لها تزجج. ولكن ما هو ملف التحول الزجاجي؟
عندما يتم تبريد الزجاج المصهور ، يستغرق الأمر بعض الوقت لوحدات التشكيل لتوجيه نفسها بحيث يتم تنظيمها وبالتالي تشكل البلورة. تحدث هذه الظاهرة في نطاق درجة حرارة يسمى التحول الزجاجي. هذه مجموعة من درجات الحرارة تبدأ بالاسترخاء الهيكلي ، أي عندما تبدأ تحدث تغييرات في بعض خواص المواد ، مثل اللزوجة والسعة الحرارية والتوسع حراري.
وبالتالي ، فإن درجة حرارة التزجج تحدد الانتقال من الحالة الزجاجية إلى الحالة المرنة اللزجة. يشير هذا إلى المواد التي ، عند تطبيق القوة ، تستجيب بشكل مرن ، ولكن ليس على الفور أو بشكل دائم. تتوافق الحالة الزجاجية مع السلوك الذي ، عندما نطبق قوة على المادة ، فإنها لا تستجيب بشكل مرن - لا تتشوه - ولكنها تمتص الطاقة وتبددها. والنتيجة هي أن الجسم ينهار.
عندما يتم هذا التبريد بسرعة (كما هو الحال مع الزجاج) ، تفقد الوحدات قدرتها على الحركة قبل أن تنظم نفسها ، ولا يحدث تبلور. هذا يعني ذاك يحدث تبريد الزجاج عند درجة حرارة أقل من درجة حرارة التزجج. إذا كانت درجة الحرارة أعلى من درجة حرارة التزجج (وهي خاصية للزجاج) ، فإن المادة سيكون لها سلوك مرن لزج.
بقلم جينيفر فوغاسا
تخرج في الكيمياء
مصدر: مدرسة البرازيل - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/o-vidro-solido-ou-liquido.htm
