Ist Glas fest oder flüssig? Haben Sie diese Frage schon einmal gehört? Diese Frage beschäftigt die Menschen schon lange. Die ersten Studien zur Struktur und Definition von Glas wurden 1830 durchgeführt, und seitdem haben sich viele Konzepte im Zuge der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie geändert.
Die erste Antwort, die einem wahrscheinlich in den Sinn kommt, wäre zunächst, dass Glas fest ist. Zweifel kommen jedoch auf, wenn wir auf den Herstellungsprozess stoßen. Lassen Sie uns ein wenig mehr darüber verstehen?
Es gibt verschiedene Verfahren zur Glasherstellung, wie unter anderem chemische Gasphasenabscheidung, Pyrolyse, Neutronenbestrahlung, Sol-Gel-Verfahren. Das heute am häufigsten verwendete Verfahren ist die klassische Methode der Schmelzen/Kühlen.
Wie der Name schon sagt, wird bei diesem Verfahren eine Mischung aus pulverförmigen Substanzen bei einer Temperatur von etwa 1500 ° C in einen Ofen gebracht. In diesem Ofen schmilzt die Mischung (geht von fest zu flüssig) und bildet eine pastöse Masse mit einer honigähnlichen Viskosität. Dieses Glas wird dann aus dem Schmelzofen genommen und beim Abkühlen geformt, um die uns bekannte starre Struktur zu erreichen.
Herstellungsschritte für handgemachtes Glas
Als Rohstoffe für die Glasherstellung werden im Allgemeinen die in der Glasmischung verwendeten Stoffe verwendet: Siliziumdioxid oder Siliziumdioxid (SiO2 ), die im Sand vorhanden ist, aber in Fabriken ist es üblich, eine andere kristalline Form von Siliziumdioxid zu verwenden, nämlich Quarz; Das Soda oder Soda (Natriumcarbonat - Na2CO3) es ist das Kalkstein (Calciumcarbonat - CaCO3). Diese drei Materialien werden zerkleinert und zu Pulver verarbeitet, dann im richtigen Verhältnis gemischt.
Die bei der Fusion entstandene Masse besteht aus Natrium- und Calciumsilikaten:
Asche + Kalkstein + Sand → gewöhnliches Glas + Kohlendioxid
Beim2CO3 + CaCO3 + SiO2 → Natrium- und Calciumsilikate + Kohlendioxid
x Ein2CO3 + y CaCO3 + z SiO2 → (Beim2Ö)x . (CaCO)y. (SiO2)z+ (x + y) CO2
In der Industrie ist es üblich, der Mischung zerbrochenes Glas hinzuzufügen, was ein Mittel zur Glasrecycling.
Obwohl hier nur anorganische Stoffe genannt werden, gibt es auch Gläser aus organischen und metallischen Materialien.
Bei der Analyse dieses Prozesses könnte man meinen, das Glas sei flüssig, da es nach dem Schmelzen im Ofen als homogene Flüssigkeit austritt. Jedoch, Glas wird weder als flüssig noch nur als fest, sondern als nicht kristalliner Feststoff klassifiziert. So was???
Um das zu verstehen, vergleichen wir Gläser mit Kristallen. Dies sind im Allgemeinen kristalline Festkörper, dh sie weisen eine Struktur auf, deren Atomanordnung periodisch und symmetrisch ist.
Anschauliche Darstellung eines kristallinen Festkörpers mit symmetrischer und periodischer Kristallanordnung
Glas hingegen hat keine atomare Anordnung mit Symmetrie und Translationsperiodizität, sondern wird von einem ausgedehnten und zufälligen dreidimensionalen Netzwerk gebildet, wie in der folgenden Abbildung gezeigt:
Anschauliche Darstellung des Glasnetzwerks (nichtkristalliner Festkörper), bei dem das Fehlen von Symmetrie und Periodizität gekennzeichnet ist
Auf dieser Grundlage behaupten manche, dass Glas ein amorpher Feststoff ist. Jedoch, obwohl amorphe Feststoffe auch nichtkristalline Feststoffe sind, unterscheiden sie sich von Gläsern. Während Gläser einen Glasübergang haben, haben amorphe Festkörper dieses Phänomen nicht.
Somit können wir Gläser als nichtkristalline Festkörper mit einem Glasübergang definieren. Aber was ist ein Glasübergang?
Beim Abkühlen der Glasschmelze dauert es einige Zeit, bis sich die Formungseinheiten so ausrichten, dass sie sich organisieren und so den Kristall bilden. Dieses Phänomen tritt in einem Temperaturbereich auf, der als bezeichnet wird Glasübergang. Dies ist ein Temperaturbereich, der mit der strukturellen Relaxation beginnt, d. h. wenn sie beginnen zu Änderungen einiger Materialeigenschaften wie Viskosität, Wärmekapazität und Ausdehnung auftreten Thermal.
Somit definiert die Glasübergangstemperatur den Übergang vom glasigen Zustand in den viskoelastischen Zustand. Darunter versteht man Materialien, die bei Krafteinwirkung elastisch, aber nicht sofort oder dauerhaft reagieren. Der glasartige Zustand entspricht einem Verhalten, bei dem das Material, wenn wir eine Kraft aufwenden, nicht elastisch reagiert – es sich nicht verformt – sondern Energie aufnimmt und abgibt. Das Ergebnis ist also, dass der Körper zusammenbricht.
Wenn diese Abkühlung schnell erfolgt (was bei Glas der Fall ist), verlieren die Einheiten ihre Mobilität, bevor sie sich selbst organisieren, und es tritt keine Kristallisation auf. Dies bedeutet, dass die Glaskühlung erfolgt bei einer Temperatur unterhalb der Glasübergangstemperatur. Ist die Temperatur höher als die für Gläser charakteristische Glasübergangstemperatur, weist das Material ein viskoelastisches Verhalten auf.
Von Jennifer Fogaça
Abschluss in Chemie
Quelle: Brasilien Schule - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/o-vidro-solido-ou-liquido.htm
