Je sklo pevné nebo kapalné? Slyšeli jste někdy tuto otázku? Tato otázka lidi dlouho mátla. První studie o struktuře a definici skla byly provedeny v roce 1830 a od té doby se při vývoji vědy a techniky změnilo mnoho konceptů.
Zpočátku pravděpodobně první odpovědí, která by mě napadla, bylo, že sklo je pevné. Když však narazíme na jeho výrobní proces, začnou vznikat pochybnosti. Rozumíme tomu trochu víc?
Existuje několik způsobů výroby skla, například chemická depozice z par, pyrolýza, ozařování neutronů, proces sol-gel. Nejpoužívanějším procesem současnosti je klasická metoda tavení / chlazení.
Jak název napovídá, v tomto procesu je směs práškových látek odváděna do pece při teplotě kolem 1500 ° C. V této peci se směs roztaví (přechází z pevné do kapalné) a vytváří pastovitou hmotu s viskozitou podobnou medu. Toto sklo je poté odstraněno z tavicí pece a tvarováno při ochlazování, čímž dosáhne tuhé struktury, kterou známe.
Kroky výroby ručně vyráběného skla
Látky používané ve skleněné směsi jako suroviny pro přípravu skla jsou obecně:
oxid křemičitý nebo oxid křemičitý (SiO2 ), který je přítomen v písku, ale v továrnách je obvyklé používat jinou krystalickou formu oxidu křemičitého, kterou je křemen; The soda nebo soda (uhličitan sodný - Na2CO3) to je vápenec (uhličitan vápenatý - CaCO3). Tyto tři materiály jsou rozdrceny a přeměněny na prášek a poté smíchány ve správném poměru.Hmota vznikla spojením sestává z křemičitanu sodného a vápenatého:
popel + vápenec + písek → běžné sklo + oxid uhličitý
Na2CO3 + CaCO3 + SiO2 → křemičitany sodné a vápenaté + oxid uhličitý
x dovnitř2CO3 + y CaCO3 + z SiO2 → (Na2Ó)X . (CaCO)y. (SiO2)z+ (x + y) CO2
V průmyslových odvětvích je běžné přidávat do směsi rozbité sklo, což je prostředek recyklace skla.
Ačkoli jsou zde zmíněny pouze anorganické látky, existují i skla vyrobená z organických a kovových materiálů.
Při analýze tohoto procesu by si někteří mohli myslet, že sklo by bylo kapalné, protože po tavení v peci vychází jako homogenní kapalina. Nicméně, sklo není klasifikováno ani jako kapalina, ani jako pevná látka, ale jako nekrystalická pevná látka. Takhle???
Abychom to pochopili, srovnejme brýle s krystaly. Jedná se obecně o krystalické pevné látky, to znamená, že představují strukturu, jejíž uspořádání atomů je periodické a symetrické.
Ilustrativní znázornění krystalické pevné látky se symetrickým a periodickým krystalickým uspořádáním
Sklo na druhé straně nemá atomové uspořádání se symetrií a translační periodicitou, ale je tvořeno prodlouženou a náhodnou trojrozměrnou sítí, jak ukazuje následující obrázek:
Ilustrativní znázornění skleněné sítě (nekrystalické pevné látky), kde je charakterizována absence symetrie a periodicity
Na základě toho někteří tvrdí, že sklo je amorfní pevná látka. Nicméně, ačkoli amorfní pevné látky jsou také nekrystalické pevné látky, liší se od brýlí. Zatímco brýle mají skleněný přechod, amorfní pevné látky tento jev nemají.
Můžeme tedy definovat skla jako nekrystalické pevné látky, které mají skleněný přechod. Ale co je to skleněný přechod?
Když se roztavené sklo ochladí, nějakou dobu trvá, než se formující jednotky zorientují tak, aby byly uspořádány a vytvořily tak krystal. K tomuto jevu dochází v tzv. Teplotním rozsahu skleněný přechod. Toto je rozsah teplot, který začíná strukturální relaxací, tj. Když začínají dochází ke změnám v některých vlastnostech materiálu, jako je viskozita, tepelná kapacita a roztažnost tepelný.
Teplota skelného přechodu tedy definuje přechod ze sklovitého stavu do viskoelastického. To se týká materiálů, které při použití síly reagují pružně, ale ne okamžitě nebo trvale. Stav sklivce naopak odpovídá chování, při kterém, když na materiál působíme silou, nereaguje pružně - nedeformuje se - ale absorbuje a rozptýlí energii. Výsledkem je, že se tělo rozpadá.
Když se toto ochlazení provede rychle (což je případ skla), jednotky ztratí pohyblivost, než se samy zorganizují, a nedojde ke krystalizaci. Tohle znamená tamto ochlazování skla probíhá při teplotě pod teplotou skelného přechodu. Pokud je teplota vyšší než teplota skelného přechodu (což je charakteristické pro brýle), bude mít materiál viskoelastické chování.
Autor: Jennifer Fogaça
Vystudoval chemii
Zdroj: Brazilská škola - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/o-vidro-solido-ou-liquido.htm