Je li staklo čvrsto ili tekuće? Jeste li ikad čuli ovo pitanje? Ovo pitanje već dugo zbunjuje ljude. Prva istraživanja o strukturi i definiciji stakla provedena su 1830. godine i od tada su mnogi pojmovi promijenjeni razvojem znanosti i tehnologije.
Isprva bi vjerojatno prvi odgovor koji bi mi pao na pamet bio da je staklo čvrsto. Međutim, sumnje počinju nastajati kad naiđemo na njegov proizvodni proces. Da razumijemo malo više o ovome?
Postoji nekoliko metoda proizvodnje stakla, poput kemijskog taloženja para, pirolize, neutronskog zračenja, sol-gel postupka, između ostalog. Danas se najčešće koristi klasična metoda topljenje / hlađenje.
Kao što naziv govori, u ovom se postupku smjesa praškastih tvari odvodi u pećnicu na temperaturi od oko 1500ºC. U ovoj pećnici smjesa se topi (prelazi iz čvrste u tekuću) i stvara pastoznu masu viskoznosti slične onoj meda. To se staklo zatim uklanja iz peći za taljenje i oblikuje dok se hladi, dostižući čvrstu strukturu koju poznajemo.
Koraci ručne izrade stakla
Općenito su tvari koje se koriste u smjesi stakla kao sirovine za pripremu stakla silicijev dioksid ili silicijev dioksid (SiO2 ), koji je prisutan u pijesku, ali u tvornicama je uobičajeno koristiti drugi kristalni oblik silicijevog dioksida, a to je kvarc; The soda ili soda (natrijev karbonat - Na2CO3) to je vapnenac (kalcijev karbonat - CaCO3). Ova se tri materijala drobe i pretvaraju u prah, a zatim se miješaju u odgovarajućem omjeru.
Masa nastala fuzijom sastoji se od natrijevih i kalcijevih silikata:
pepeo + vapnenac + pijesak → obično staklo + ugljični dioksid
Na2CO3 + CaCO3 + SiO2 → natrijevi i kalcijevi silikati + ugljični dioksid
x Ulaz2CO3 + y CaCO3 + z SiO2 → (Na2O)x . (CaCO)g. (SiO2)z+ (x + y) CO2
U industriji je uobičajeno dodavati slomljeno staklo u smjesu, što je sredstvo za recikliranje stakla.
Iako se ovdje spominju samo anorganske tvari, postoje i naočale izrađene od organskih i metalnih materijala.
Analizirajući ovaj postupak, neki bi mogli pomisliti da bi staklo bilo tekuće, jer nakon topljenja u peći izlazi kao homogena tekućina. Međutim, staklo nije klasificirano niti kao tekućina niti samo kao krutina, već kao nekristalna krutina. Kao ovo???
Da bismo razumjeli, usporedimo naočale s kristalima. To su općenito kristalne krutine, odnosno predstavljaju strukturu čiji je raspored atoma periodičan i simetričan.
Ilustrativni prikaz kristalne krutine sa simetričnim i periodičnim kristalnim rasporedom
Staklo, s druge strane, nema atomski raspored sa simetrijom i translacijskom periodičnošću, već je formirano proširenom i slučajnom trodimenzionalnom mrežom, kao što je prikazano na sljedećoj ilustraciji:
Ilustrativni prikaz staklene mreže (nekristalna krutina) gdje se karakterizira odsustvo simetrije i periodičnosti
Na temelju toga neki tvrde da je staklo amorfna krutina. Međutim, iako su amorfne krutine ujedno i nekristalne krutine, one se razlikuju od naočala. Dok čaše imaju stakleni prijelaz, amorfne krutine nemaju ovaj fenomen.
Dakle, naočale možemo definirati kao nekristalne čvrste tvari koje imaju stakleni prijelaz. Ali što je a stakleni prijelaz?
Kada se rastopljeno staklo hladi, treba neko vrijeme da se jedinice za oblikovanje orijentiraju tako da se organiziraju i tako tvore kristal. Ova se pojava javlja u temperaturnom rasponu tzv stakleni prijelaz. To je raspon temperatura koji započinje strukturnim opuštanjem, odnosno kad počnu događaju se promjene u nekim svojstvima materijala, poput viskoznosti, toplinskog kapaciteta i ekspanzije toplinska.
Dakle, temperatura staklenog prijelaza definira prijelaz iz staklastog stanja u viskoelastično stanje. To se odnosi na materijale koji prilikom primjene sile odgovaraju elastično, ali ne trenutno ili trajno. Staklasto tijelo odgovara ponašanju u kojem, kada primijenimo silu na materijal, on ne reagira elastično - ne deformira se - već apsorbira i rasipa energiju. Rezultat je da se tijelo raspada.
Kada se ovo hlađenje brzo izvrši (što je slučaj sa staklom), jedinice gube pokretljivost prije nego što se organiziraju i ne dolazi do kristalizacije. Ovo znači to hlađenje stakla odvija se na temperaturi ispod temperature prijelaza u staklo. Ako je temperatura viša od temperature prijelaza stakla (što je karakteristično za naočale), materijal će se ponašati viskoelastično.
Napisala Jennifer Fogaça
Diplomirao kemiju
Izvor: Brazil škola - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/o-vidro-solido-ou-liquido.htm
