Er glas fast eller flydende? Har du nogensinde hørt dette spørgsmål? Dette spørgsmål har fascineret folk i lang tid. De første undersøgelser af strukturen og definitionen af glas blev udført i 1830, og siden da er mange begreber blevet ændret, efterhånden som videnskab og teknologi udviklede sig.
I første omgang var sandsynligvis det første svar, der kom til at tænke på, at glas er solidt. Tvivl begynder dog at opstå, når vi støder på dets fremstillingsproces. Lad os forstå lidt mere om dette?
Der er flere metoder til produktion af glas, såsom kemisk dampaflejring, pyrolyse, neutronbestråling, sol-gel-proces, blandt andre. Den mest anvendte proces i dag er den klassiske metode til smeltning / afkøling.
Som navnet antyder, føres en blanding af pulveriserede stoffer i denne proces til en ovn ved en temperatur på omkring 1500 ºC. I denne ovn smelter blandingen (går fra fast til væske) og danner en pastaagtig masse med en viskositet svarende til honningens. Dette glas fjernes derefter fra smelteovnen og formes, når det afkøles, og når den stive struktur, vi kender.
Fremstillede trin i håndlavet glas
Generelt er de stoffer, der anvendes i glasblandingen som råmaterialer til fremstilling af glas silica eller siliciumdioxid (SiO2 ), som er til stede i sandet, men i fabrikker er det sædvanligt at bruge en anden krystallinsk form af siliciumdioxid, som er kvarts; Det soda eller soda (natriumcarbonat - Na2CO3) Det er kalksten (calciumcarbonat - CaCO3). Disse tre materialer knuses og omdannes til pulver og blandes derefter i den rette forhold.
Massen dannet med fusionen består af natrium- og calciumsilikater:
aske + kalksten + sand → almindeligt glas + kuldioxid
På2CO3 + CaCO3 + SiO2 → natrium- og calciumsilicater + kuldioxid
x i2CO3 + y CaCO3 + z SiO2 → (På2O)x . (CaCO)y. (SiO2)z+ (x + y) CO2
I industrier er det almindeligt at tilføje knust glas til blandingen, hvilket er et middel til genbrug af glas.
Selvom kun uorganiske stoffer er nævnt her, er der også briller fremstillet af organiske og metalliske materialer.
Stop ikke nu... Der er mere efter reklamen;)
Ved analysen af denne proces kan nogle tro, at glasset ville være flydende, da det kommer ud som en homogen væske efter smeltning i ovnen. Imidlertid, glas er hverken klassificeret som et flydende eller kun som et fast stof, men som et ikke-krystallinsk fast stof. Sådan her???
For at forstå, lad os sammenligne briller med krystaller. Disse er generelt krystallinske faste stoffer, det vil sige, de præsenterer en struktur, hvis atomarrangement er periodisk og symmetrisk.
Illustrativ gengivelse af krystallinsk fast stof med symmetrisk og periodisk krystallinsk arrangement
Glas har derimod ikke et atomarrangement med symmetri og translationel periodicitet, men er dannet af et udvidet og tilfældigt tredimensionelt netværk, som vist i følgende illustration:
Illustrativ gengivelse af glasnetværket (ikke-krystallinsk fast stof), hvor fraværet af symmetri og periodicitet er karakteriseret
Baseret på dette hævder nogle, at glas er et amorft fast stof. Imidlertid, skønt amorfe faste stoffer også er ikke-krystallinske faste stoffer, er de forskellige fra briller. Mens briller har en glasovergang, har amorfe faste stoffer ikke dette fænomen.
Således kan vi definere briller som ikke-krystallinske faste stoffer, der har en glasovergang. Men hvad er en glasovergang?
Når det smeltede glas afkøles, tager det noget tid for formningsenhederne at orientere sig, så de er organiseret og således danner krystallen. Dette fænomen forekommer i et kaldet temperaturområde glasovergang. Dette er en række temperaturer, der starter med strukturel afslapning, det vil sige når de begynder at ændringer forekommer i nogle materialegenskaber, såsom viskositet, varmekapacitet og ekspansion termisk.
Således definerer glasovergangstemperaturen overgangen fra den glasagtige tilstand til den viskoelastiske tilstand. Dette henviser til materialer, der reagerer elastisk, men ikke øjeblikkeligt eller permanent, når de påfører en kraft. Glaslegemet svarer til en adfærd, hvor det, når vi påfører en kraft på materialet, ikke reagerer elastisk - det deformeres ikke - men absorberer og spreder energi. Så resultatet er, at kroppen bryder sammen.
Når denne afkøling sker hurtigt (hvilket er tilfældet med glas), mister enhederne mobilitet, før de organiserer sig, og krystallisering forekommer ikke. Det betyder at glasafkøling finder sted ved en temperatur under glasovergangstemperaturen. Hvis temperaturen er højere end glasovergangstemperaturen (hvilket er karakteristisk for brillerne), vil materialet have en viskoelastisk opførsel.
Af Jennifer Fogaça
Uddannet i kemi
