Твърдо или течно стъкло ли е? Чували ли сте този въпрос? Този въпрос озадачава хората отдавна. Първите проучвания за структурата и дефиницията на стъклото са проведени през 1830 г. и оттогава много концепции са променени с развитието на науката и технологиите.
Отначало вероятно първият отговор, който би ми дошъл на ум, би бил, че стъклото е твърдо. Въпреки това започват да възникват съмнения, когато се натъкнем на производствения му процес. Нека разберем малко повече за това?
Има няколко метода за производство на стъкло, като химическо отлагане на пари, пиролиза, неутронно облъчване, зол-гел процес, наред с други. Днес най-използваният процес е класическият метод на топене / охлаждане.
Както подсказва името, при този процес смес от прахообразни вещества се отвежда във фурна при температура около 1500ºC. В тази фурна сместа се топи (преминава от твърдо в течно състояние) и образува пастообразна маса с вискозитет, подобен на този на меда. След това това стъкло се отстранява от топилната пещ и се оформя при охлаждане, достигайки твърдата структура, която познаваме.
Ръчно изработени стъкла за производство на стъкло
Обикновено веществата, използвани в стъклената смес като суровини за приготвяне на стъкло, са силициев диоксид или силициев диоксид (SiO2 ), който присъства в пясъка, но във фабриките е обичайно да се използва друга кристална форма на силициев диоксид, която е кварц; The сода или сода (натриев карбонат - Na2CO3) това е варовик (калциев карбонат - CaCO3). Тези три материала се смачкват и се превръщат на прах, след което се смесват в правилното съотношение.
Масата, образувана със сливането Състои се от натриев и калциев силикат:
пепел + варовик + пясък → обикновено стъкло + въглероден диоксид
В2CO3 + CaCO3 + SiO2 → натриеви и калциеви силикати + въглероден диоксид
x In2CO3 + y CaCO3 + z SiO2 → (В2О)х . (CaCO)у. (SiO2)z+ (x + y) CO2
В индустриите е обичайно добавянето на счупено стъкло към сместа, което е средство за рециклиране на стъкло.
Въпреки че тук се споменават само неорганични вещества, има и очила, изработени от органични и метални материали.
Анализирайки този процес, някои може да си помислят, че стъклото ще бъде течно, тъй като излиза като хомогенна течност след топене в пещта. Въпреки това, стъклото не се класифицира нито като течност, нито само като твърдо вещество, а като некристално твърдо вещество. Като този???
За да разберем, нека сравним очилата с кристалите. По принцип това са кристални твърди вещества, т.е. те представляват структура, чието разположение на атомите е периодично и симетрично.
Илюстративно представяне на кристално твърдо вещество със симетрично и периодично кристално разположение
Стъклото, от друга страна, няма атомна подредба със симетрия и транслационна периодичност, а се формира от разширена и произволна триизмерна мрежа, както е показано на следващата илюстрация:
Илюстративно представяне на стъклената мрежа (некристално твърдо вещество), където се характеризира липсата на симетрия и периодичност
Въз основа на това някои твърдят, че стъклото е аморфно твърдо вещество. Въпреки това, въпреки че аморфните твърди вещества също са некристални твърди вещества, те се различават от стъклата. Докато стъклата имат стъклен преход, аморфните твърди вещества нямат това явление.
По този начин можем да определим стъклата като некристални твърди вещества, които имат стъклен преход. Но какво е a стъклен преход?
Когато разтопеното стъкло се охлажда, отнема известно време на формиращите звена да се ориентират така, че да са организирани и по този начин да образуват кристала. Това явление се появява в температурен диапазон, наречен стъклен преход. Това е диапазон от температури, който започва със структурна релаксация, т.е. когато започват настъпват промени в някои свойства на материала, като вискозитет, топлинен капацитет и разширение термична.
По този начин, температурата на стъклен преход определя прехода от стъкловидно състояние към вискоеластично състояние. Това се отнася до материали, които при прилагане на сила реагират еластично, но не мигновено или постоянно. Състоянието на стъкловидното тяло съответства на поведение, при което, когато прилагаме сила върху материала, той не реагира еластично - не се деформира - а абсорбира и разсейва енергията. Така че резултатът е, че тялото се разпада.
Когато това охлаждане се извършва бързо (какъвто е случаят със стъклото), блоковете губят подвижност, преди да се организират, и не настъпва кристализация. Това означава, че охлаждането на стъклото се извършва при температура под температурата на преминаване на стъклото. Ако температурата е по-висока от температурата на преминаване на стъклото (което е характерно за стъклата), материалът ще има вискоеластично поведение.
От Дженифър Фогаса
Завършва химия
Източник: Бразилско училище - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/o-vidro-solido-ou-liquido.htm