Είναι το γυαλί στερεό ή υγρό; Έχετε ακούσει ποτέ αυτήν την ερώτηση; Αυτή η ερώτηση προβληματίζει τους ανθρώπους εδώ και πολύ καιρό. Οι πρώτες μελέτες για τη δομή και τον ορισμό του γυαλιού πραγματοποιήθηκαν το 1830, και έκτοτε πολλές έννοιες έχουν αλλάξει καθώς εξελίσσεται η επιστήμη και η τεχνολογία.
Αρχικά, πιθανώς η πρώτη απάντηση που θα έρθετε στο μυαλό είναι ότι το γυαλί είναι συμπαγές. Ωστόσο, αρχίζουν να δημιουργούνται αμφιβολίες όταν συναντάμε τη διαδικασία παραγωγής του. Ας καταλάβουμε λίγο περισσότερα για αυτό;
Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι παραγωγής γυαλιού, όπως εναπόθεση χημικών ατμών, πυρόλυση, ακτινοβόληση νετρονίων, διαδικασία sol-gel, μεταξύ άλλων. Η πιο χρησιμοποιούμενη διαδικασία σήμερα είναι η κλασική μέθοδος του τήξη / ψύξη.
Όπως υποδηλώνει το όνομα, σε αυτή τη διαδικασία, ένα μείγμα κονιοποιημένων ουσιών μεταφέρεται σε φούρνο, σε θερμοκρασία περίπου 1500ºC. Σε αυτόν τον φούρνο, το μείγμα λειώνει (πηγαίνει από στερεό σε υγρό) και σχηματίζει μια μάζα πάστας με ιξώδες παρόμοιο με αυτό του μελιού. Αυτό το γυαλί στη συνέχεια αφαιρείται από τον κλίβανο τήξης και διαμορφώνεται καθώς ψύχεται, φτάνοντας στην άκαμπτη δομή που γνωρίζουμε.
Βήματα κατασκευής χειροποίητου γυαλιού
Γενικά οι ουσίες που χρησιμοποιούνται στο μείγμα γυαλιού ως πρώτες ύλες για την παρασκευή γυαλιού, είναι οι διοξείδιο του πυριτίου ή πυριτίου (SiO2 ), που υπάρχει στην άμμο, αλλά στα εργοστάσια είναι συνηθισμένο να χρησιμοποιείται μια άλλη κρυσταλλική μορφή διοξειδίου του πυριτίου, η οποία είναι χαλαζία. ο σόδα ή σόδα (ανθρακικό νάτριο - Na2CO3) είναι το ασβεστόλιθος (ανθρακικό ασβέστιο - CaCO3). Αυτά τα τρία υλικά συνθλίβονται και μετατρέπονται σε σκόνη και στη συνέχεια αναμιγνύονται στην κατάλληλη αναλογία.
Η μάζα σχηματίστηκε με τη σύντηξη αποτελείται από πυριτικά άλατα νατρίου και ασβεστίου:
τέφρα + ασβεστόλιθος + άμμος → κοινό γυαλί + διοξείδιο του άνθρακα
Στο2CO3 + CaCO3 + SiO2 → πυριτικά άλατα νατρίου και ασβεστίου + διοξείδιο του άνθρακα
x σε2CO3 + y CaCO3 + z SiO2 → (Στο2Ο)Χ . (CaCO)γ. (ΣιΟ2)ζ+ (x + y) CO2
Στις βιομηχανίες, είναι συνηθισμένο να προσθέτετε σπασμένο γυαλί στο μείγμα, το οποίο είναι ένα μέσο ανακύκλωση γυαλιού.
Αν και αναφέρονται μόνο ανόργανες ουσίες εδώ, υπάρχουν επίσης γυαλιά κατασκευασμένα από οργανικά και μεταλλικά υλικά.
Μην σταματάς τώρα... Υπάρχουν περισσότερα μετά τη διαφήμιση.)
Κατά την ανάλυση αυτής της διαδικασίας, κάποιοι μπορεί να πιστεύουν ότι το γυαλί θα ήταν υγρό, καθώς βγαίνει ως ένα ομοιογενές υγρό μετά την τήξη στον κλίβανο. Ωστόσο, Το γυαλί δεν ταξινομείται ούτε ως υγρό ούτε ως στερεό μόνο, αλλά ως μη κρυσταλλικό στερεό. Σαν αυτό???
Για να καταλάβουμε, ας συγκρίνουμε τα γυαλιά με τα κρύσταλλα. Αυτά, γενικά, είναι κρυσταλλικά στερεά, δηλαδή, παρουσιάζουν μια δομή της οποίας η διάταξη των ατόμων είναι περιοδική και συμμετρική.
Ενδεικτική αναπαράσταση κρυσταλλικού στερεού με συμμετρική και περιοδική κρυσταλλική διάταξη
Το γυαλί, από την άλλη πλευρά, δεν έχει ατομική διάταξη με συμμετρία και μεταγραφική περιοδικότητα, αλλά σχηματίζεται από ένα εκτεταμένο και τυχαίο τρισδιάστατο δίκτυο, όπως φαίνεται στην ακόλουθη εικόνα:
Ενδεικτική αναπαράσταση του γυάλινου δικτύου (μη κρυσταλλικό στερεό) όπου χαρακτηρίζεται η απουσία συμμετρίας και περιοδικότητας
Με βάση αυτό, ορισμένοι ισχυρίζονται ότι το γυαλί είναι ένα άμορφο στερεό. Ωστόσο, Αν και τα άμορφα στερεά είναι επίσης μη κρυσταλλικά στερεά, είναι διαφορετικά από τα γυαλιά. Ενώ τα γυαλιά έχουν υαλώδη μετάβαση, τα άμορφα στερεά δεν έχουν αυτό το φαινόμενο.
Έτσι, μπορούμε να ορίσουμε τα γυαλιά ως μη κρυσταλλικά στερεά που έχουν υαλώδη μετάβαση. Αλλά τι είναι ένα μετάβαση γυαλιού;
Όταν το λιωμένο γυαλί ψύχεται, χρειάζεται χρόνος για να σχηματιστούν οι μονάδες σχηματισμού ώστε να είναι οργανωμένες και έτσι να σχηματίζουν τον κρύσταλλο. Αυτό το φαινόμενο εμφανίζεται σε μια περιοχή θερμοκρασίας που ονομάζεται μετάβαση γυαλιού. Αυτό είναι ένα εύρος θερμοκρασιών που ξεκινά με δομική χαλάρωση, δηλαδή όταν ξεκινούν αλλαγές συμβαίνουν σε ορισμένες ιδιότητες του υλικού, όπως το ιξώδες, η θερμική ικανότητα και η διαστολή θερμικός.
Έτσι, η θερμοκρασία μετάβασης γυαλιού ορίζει τη μετάβαση από την υαλώδη κατάσταση στην ιξωδοελαστική κατάσταση. Αυτό αναφέρεται σε υλικά που, όταν ασκούν δύναμη, αποκρίνονται ελαστικά, αλλά όχι άμεσα ή μόνιμα. Η υαλώδης κατάσταση αντιστοιχεί σε μια συμπεριφορά στην οποία, όταν εφαρμόζουμε δύναμη στο υλικό, δεν αποκρίνεται ελαστικά - δεν παραμορφώνεται - αλλά απορροφά και διαλύει ενέργεια. Το αποτέλεσμα είναι ότι το σώμα καταρρέει.
Όταν αυτή η ψύξη γίνεται γρήγορα (όπως συμβαίνει με το γυαλί), οι μονάδες χάνουν την κινητικότητα πριν οργανωθούν και δεν πραγματοποιείται κρυστάλλωση. Αυτό σημαίνει ότι η ψύξη γυαλιού λαμβάνει χώρα σε θερμοκρασία κάτω από τη θερμοκρασία μετάβασης γυαλιού. Εάν η θερμοκρασία είναι υψηλότερη από τη θερμοκρασία μετάβασης γυαλιού (που είναι χαρακτηριστική για τα γυαλιά), το υλικό θα έχει ιξωδοελαστική συμπεριφορά.
Από την Jennifer Fogaça
Αποφοίτησε στη Χημεία
