Le verre est-il solide ou liquide ? Avez-vous déjà entendu cette question? Cette question a longtemps intrigué les gens. Les premières études sur la structure et la définition du verre ont été menées en 1830, et depuis lors, de nombreux concepts ont été modifiés au fur et à mesure que la science et la technologie se développaient.
Au début, probablement la première réponse qui viendrait à l'esprit serait que le verre est solide. Cependant, des doutes commencent à surgir lorsque nous tombons sur son processus de fabrication. Comprenons un peu plus à ce sujet?
Il existe plusieurs méthodes de production de verre, telles que le dépôt chimique en phase vapeur, la pyrolyse, l'irradiation neutronique, le procédé sol-gel, entre autres. Le procédé le plus utilisé aujourd'hui est la méthode classique de fusion/refroidissement.
Comme son nom l'indique, dans ce processus, un mélange de substances en poudre est amené dans un four, à une température d'environ 1500ºC. Dans ce four, le mélange fond (passe du solide au liquide) et forme une masse pâteuse avec une viscosité proche de celle du miel. Ce verre est ensuite retiré du four de fusion et mis en forme au fur et à mesure de son refroidissement, pour atteindre la structure rigide que nous connaissons.
Étapes de fabrication de verre à la main
Généralement, les substances utilisées dans le mélange de verre comme matières premières pour la préparation du verre, sont les silice ou dioxyde de silicium (SiO2 ), qui est présent dans le sable, mais dans les usines il est d'usage d'utiliser une autre forme cristalline de dioxyde de silicium, qui est le quartz; le soude ou soude (carbonate de sodium - Na2CO3) C'est le calcaire (carbonate de calcium - CaCO3). Ces trois matériaux sont broyés et transformés en poudre, puis mélangés dans la bonne proportion.
La masse formée avec la fusion se compose de silicates de sodium et de calcium :
cendres + calcaire + sable → verre commun + dioxyde de carbone
À2CO3 + CaCO3 + SiO2 → silicates de sodium et de calcium + dioxyde de carbone
x dans2CO3 + y CaCO3 + z SiO2 → (À2O)X . (CaCO)oui. (SiO2)z+ (x + y) CO2
Dans les industries, il est courant d'ajouter du verre brisé au mélange, ce qui est un moyen de recyclage du verre.
Bien que seules les substances inorganiques soient mentionnées ici, il existe également des verres constitués de matériaux organiques et métalliques.
En analysant ce processus, certains pourraient penser que le verre serait liquide, car il ressort comme un liquide homogène après fusion dans le four. cependant, le verre n'est classé ni comme un liquide ni comme un solide uniquement, mais comme un solide non cristallin. Comme ça???
Pour comprendre, comparons les verres aux cristaux. Ce sont en général des solides cristallins, c'est-à-dire qu'ils présentent une structure dont la disposition des atomes est périodique et symétrique.
Représentation illustrative d'un solide cristallin avec un arrangement cristallin symétrique et périodique
Le verre, en revanche, n'a pas d'arrangement atomique avec symétrie et périodicité translationnelle, mais est formé par un réseau tridimensionnel étendu et aléatoire, comme le montre l'illustration suivante :
Représentation illustrative du réseau verrier (solide non cristallin) où l'absence de symétrie et de périodicité est caractérisée
Sur cette base, certains prétendent que le verre est un solide amorphe. cependant, bien que les solides amorphes soient également des solides non cristallins, ils sont différents des verres. Alors que les verres ont une transition vitreuse, les solides amorphes n'ont pas ce phénomène.
Ainsi, nous pouvons définir les verres comme des solides non cristallins qui ont une transition vitreuse. Mais qu'est-ce qu'un transition vitreuse ?
Lors du refroidissement du verre en fusion, les unités de formage mettent un certain temps à s'orienter pour qu'elles s'organisent et forment ainsi le cristal. Ce phénomène se produit dans une plage de température appelée transition vitreuse. Il s'agit d'une plage de températures qui commence avec la relaxation structurelle, c'est-à-dire lorsqu'elles commencent à des changements se produisent dans certaines propriétés du matériau, telles que la viscosité, la capacité thermique et l'expansion thermique.
Ainsi, la température de transition vitreuse définit le passage de l'état vitreux à l'état viscoélastique. Il s'agit de matériaux qui, lorsqu'ils appliquent une force, réagissent de manière élastique, mais pas instantanément ou de façon permanente. L'état vitreux correspond à un comportement dans lequel, lorsqu'on applique une force sur le matériau, celui-ci ne répond pas élastiquement - il ne se déforme pas - mais absorbe et dissipe de l'énergie. Le résultat est donc que le corps se décompose.
Lorsque ce refroidissement se fait rapidement (ce qui est le cas du verre), les unités perdent leur mobilité avant de s'organiser, et la cristallisation ne se produit pas. Cela signifie que le refroidissement du verre a lieu à une température inférieure à la température de transition vitreuse. Si la température est supérieure à la température de transition vitreuse (ce qui est caractéristique des verres), le matériau aura un comportement viscoélastique.
Par Jennifer Fogaça
Diplômé en Chimie
La source: École du Brésil - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/o-vidro-solido-ou-liquido.htm