Kas klaas on tahke või vedel? Kas olete seda küsimust kunagi kuulnud? See küsimus on inimesi juba pikka aega hämmeldanud. Esimesed uuringud klaasi struktuuri ja määratluse kohta viidi läbi 1830. aastal ning sellest ajast alates on teaduse ja tehnoloogia arenedes palju mõisteid muudetud.
Alguses oleks ilmselt esimene vastus, et klaas on tahke. Kuid kahtlused hakkavad tekkima siis, kui puutume kokku selle tootmisprotsessiga. Saame sellest natuke rohkem aru?
Klaasi tootmiseks on mitmeid meetodeid, näiteks keemiline auru sadestamine, pürolüüs, neutronite kiiritamine, sooli-geeli protsess. Tänapäeval enimkasutatav protsess on klassikaline meetod sulamine / jahutamine.
Nagu nimigi ütleb, viiakse selles protsessis pulbriliste ainete segu ahju temperatuuril umbes 1500 ºC. Selles ahjus segu sulab (läheb tahkest vedelaks) ja moodustab meemassiga sarnase viskoossusega pastase massi. Seejärel eemaldatakse see klaas sulatusahjust ja vormitakse jahutades see nii, et jõuame meile teada oleva jäiga struktuurini.
Käsitsi valmistatud klaasi valmistamise etapid
Üldiselt on klaasisegus toorainena klaasi valmistamiseks kasutatavad ained ränidioksiid või ränidioksiid (SiO2 ), mis on liivas olemas, kuid tehastes on kombeks kasutada teist ränidioksiidi kristalset vormi, milleks on kvarts; The sooda või sooda (naatriumkarbonaat - Na2CO3) see on lubjakivi (kaltsiumkarbonaat - CaCO3). Need kolm materjali purustatakse ja muudetakse pulbriks, seejärel segatakse õiges vahekorras.
Sulandumisega moodustatud mass koosneb naatriumi- ja kaltsiumsilikaatidest:
tuhk + lubjakivi + liiv → tavaline klaas + süsinikdioksiid
Kell2CO3 + CaCO3 + SiO2 → naatrium- ja kaltsiumsilikaadid + süsinikdioksiid
x sisse2CO3 + y CaCO3 + z SiO2 → (Kell2O)x . (CaCO)y. (SiO2)z+ (x + y) CO2
Tööstuses on tavaline lisada segule klaasikilde, mis on vahend klaasi ringlussevõtt.
Kuigi siin mainitakse ainult anorgaanilisi aineid, leidub ka orgaanilistest ja metallilistest materjalidest klaase.
Ärge lõpetage kohe... Peale reklaami on veel;)
Selle protsessi analüüsimisel võivad mõned arvata, et klaas oleks vedel, kuna see tuleb pärast ahjus sulamist välja homogeense vedelikuna. Kuid, klaas ei ole klassifitseeritud ei vedelaks ega ainult tahkeks, vaid mittekristalseks tahkeks aineks. Nagu nii???
Mõistmiseks võrdleme prille kristallidega. Need on üldiselt kristalsed tahked ained, see tähendab, et neil on struktuur, mille aatomite paigutus on perioodiline ja sümmeetriline.
Kristalse tahke aine illustratiivne kujutis sümmeetrilise ja perioodilise kristallilise paigutusega
Seevastu klaasil ei ole sümmeetria ja translatsiooniperioodilisusega aatomikorraldust, vaid see on moodustatud laiendatud ja juhusliku kolmemõõtmelise võrgu abil, nagu on näidatud järgmises illustratsioonis:
Klaasivõrgu (mittekristalne tahke aine) illustratiivne esitus, kus iseloomustatakse sümmeetria ja perioodilisuse puudumist
Selle põhjal väidavad mõned, et klaas on amorfne tahke aine. Kuid, kuigi amorfsed tahked ained on ka mittekristalsed tahked ained, erinevad need klaasidest. Kui prillidel on klaasistumine, siis amorfsetel tahketel ainetel seda nähtust pole.
Seega saame klaasid määratleda mittekristalliliste tahkete ainetena, millel on klaasistumine. Aga mis on a klaasist üleminek?
Kui sulanud klaasi jahutatakse, võtab moodustavate üksuste orienteerumine nii, et need oleksid korrastatud ja moodustaksid kristalli, aega. See nähtus esineb temperatuurivahemikus, mida nimetatakse klaasist üleminek. See on temperatuurivahemik, mis algab struktuurse lõdvestumisega, see tähendab siis, kui nad hakkavad muutused toimuvad mõnedes materjali omadustes, näiteks viskoossuses, soojusvõimsuses ja paisumises soojus.
Seega määratleb klaasistumistemperatuur ülemineku klaasjas olekust viskoelastsesse olekusse. See viitab materjalidele, mis jõu rakendamisel reageerivad elastselt, kuid mitte koheselt ega püsivalt. Klaaskeha olek vastab käitumisele, kus materjalile jõudu rakendades ei reageeri see elastselt - see ei deformeeru - vaid neelab ja hajutab energiat. Nii et tulemus on see, et keha laguneb.
Kui see jahutus tehakse kiiresti (mis juhtub klaasi puhul), kaotavad üksused liikuvuse enne enda organiseerumist ja kristalliseerumist ei toimu. See tähendab seda klaasi jahutamine toimub klaasistumistemperatuurist madalamal temperatuuril. Kui temperatuur on kõrgem kui klaasistumistemperatuur (mis on klaasidele iseloomulik), on materjali viskoelastne käitumine.
Autor Jennifer Fogaça
Lõpetanud keemia
