Onko lasi kiinteää vai nestemäistä? Oletko koskaan kuullut tämän kysymyksen? Tämä kysymys on kiehtonut ihmisiä jo pitkään. Ensimmäiset lasin rakennetta ja määritelmää koskevat tutkimukset tehtiin vuonna 1830, ja sen jälkeen monia käsitteitä on muutettu tieteen ja tekniikan kehittyessä.
Aluksi todennäköisesti ensimmäinen mieleen tuleva vastaus olisi, että lasi on kiinteää. Epäilyjä alkaa kuitenkin syntyä, kun kohtaamme sen valmistusprosessin. Ymmärretäänpä hieman enemmän tästä?
Lasinvalmistusmenetelmiä on useita, kuten kemiallinen höyrykerrostus, pyrolyysi, neutronisäteilytys, sooli-geeliprosessi. Nykyisin eniten käytetty prosessi on klassinen menetelmä sulaminen / jäähdytys.
Kuten nimestä käy ilmi, tässä prosessissa jauhemaisten aineiden seos viedään uuniin noin 1500 ºC: n lämpötilaan. Tässä uunissa seos sulaa (muuttuu kiinteästä nestemäiseksi) ja muodostaa pastamaisen massan, jonka viskositeetti on samanlainen kuin hunajan. Tämä lasi poistetaan sitten sulatusuunista ja muotoillaan jäähdytettäessä saavuttaen tuntemamme jäykän rakenteen.
Käsintehdyt lasinvalmistusvaiheet
Yleensä lasiseoksen raaka-aineina lasin valmistuksessa käytetyt aineet ovat piidioksidi tai piidioksidi (SiO2 ), jota on läsnä hiekassa, mutta tehtaissa on tapana käyttää toista piidioksidin kiteistä muotoa, joka on kvartsi; sooda tai sooda (natriumkarbonaatti - Na2CO3) se on kalkkikivi (kalsiumkarbonaatti - CaCO3). Nämä kolme ainetta murskataan ja muutetaan jauheeksi ja sekoitetaan sitten oikeassa suhteessa.
Massa muodostui fuusion kanssa koostuu natrium- ja kalsiumsilikaateista:
tuhka + kalkkikivi + hiekka → tavallinen lasi + hiilidioksidi
Klo2CO3 + CaCO3 + SiO2 → natrium- ja kalsiumsilikaatit + hiilidioksidi
x sisään2CO3 + y CaCO3 + z SiO2 → (Klo2O)x . (CaCO)y. (SiO2)z+ (x + y) CO2
Teollisuudessa on tavallista lisätä rikkoutunutta lasia seokseen, mikä on keino lasin kierrätys.
Vaikka tässä mainitaan vain epäorgaaniset aineet, on myös orgaanisista ja metallisista materiaaleista valmistettuja lasit.
Älä lopeta nyt... Mainonnan jälkeen on enemmän;)
Tätä prosessia analysoitaessa jotkut saattavat ajatella, että lasi olisi nestemäinen, koska se tulee esiin homogeenisena nesteenä sulatuksen jälkeen uunissa. Kuitenkin, lasi ei ole luokiteltu nesteeksi eikä vain kiinteäksi aineeksi, mutta ei-kiteiseksi kiinteäksi aineeksi. Kuten tämä???
Ymmärtääksemme verrataan lasit kiteisiin. Nämä ovat yleensä kiteisiä kiinteitä aineita, toisin sanoen niillä on rakenne, jonka atomien järjestely on jaksollinen ja symmetrinen.
Havainnollistava kuvaus kiteisestä kiinteästä aineesta symmetrisen ja jaksollisen kiteisen järjestelyn kanssa
Toisaalta lasilla ei ole atomijärjestelyä, jolla olisi symmetria ja translaatiojakso, vaan sen muodostaa laajennettu ja satunnainen kolmiulotteinen verkko, kuten seuraavassa kuvassa esitetään:
Havainnollinen esitys lasiverkosta (ei-kiteinen kiinteä aine), jossa symmetrian ja jaksollisuuden puuttuminen on tunnusomaista
Tämän perusteella jotkut väittävät, että lasi on amorfinen kiinteä aine. Kuitenkin, vaikka amorfiset kiinteät aineet ovat myös ei-kiteisiä kiinteitä aineita, ne eroavat lasista. Vaikka lasit siirtyvät lasiin, amorfisilla kiinteillä aineilla ei ole tätä ilmiötä.
Siksi voimme määritellä lasit ei-kiteisiksi kiinteiksi aineiksi, joilla on lasisiirtymä. Mutta mikä on a lasisiirtymä?
Kun sula lasi jäähdytetään, muodostusyksiköiden orientoituminen kestää jonkin aikaa, jotta ne ovat järjestäytyneitä ja muodostavat siten kiteen. Tämä ilmiö esiintyy kutsutulla lämpötila-alueella lasisiirtymä. Tämä on lämpötila-alue, joka alkaa rakenteellisesta rentoutumisesta, toisin sanoen kun ne alkavat joissakin materiaaliominaisuuksissa, kuten viskositeetissa, lämpökapasiteetissa ja laajenemisessa, tapahtuu muutoksia lämpö.
Siten lasittumislämpötila määrittelee siirtymisen lasimaisesta tilasta viskoelastiseen tilaan. Tämä viittaa materiaaleihin, jotka voimaa käyttäessään reagoivat elastisesti, mutta eivät välittömästi tai pysyvästi. Lasiainen tila vastaa käyttäytymistä, jossa kun kohdistamme voimaa materiaaliin, se ei reagoi elastisesti - se ei muutu - vaan absorboi ja haihtaa energiaa. Joten tulos on, että keho hajoaa.
Kun tämä jäähdytys tapahtuu nopeasti (kuten lasilla), yksiköt menettävät liikkuvuutensa ennen kuin ne organisoituvat, eikä kiteytymistä tapahdu. Se tarkoittaa, että lasin jäähdytys tapahtuu lasittumislämpötilan alapuolella olevassa lämpötilassa. Jos lämpötila on korkeampi kuin lasittumislämpötila (mikä on ominaista lasille), materiaalilla on viskoelastinen käyttäytyminen.
Kirjailija: Jennifer Fogaça
Valmistunut kemian alalta
