Az üveg szilárd vagy folyékony? Hallottál már erről a kérdésről? Ez a kérdés sokáig érdekli az embereket. Az üveg szerkezetére és meghatározására vonatkozó első vizsgálatokat 1830-ban hajtották végre, azóta a tudomány és a technika fejlődésével számos fogalom megváltozott.
Először valószínűleg az első válasz jutna eszembe, hogy az üveg szilárd. A kételyek azonban akkor merülnek fel, amikor találkozunk a gyártási folyamatával. Értsünk még egy kicsit erről?
Az üveggyártásnak számos módszere létezik, például kémiai gőzleválasztás, pirolízis, neutron besugárzás, szol-gél eljárás. A ma leggyakrabban használt eljárás a klasszikus módszer olvasztás / hűtés.
Ahogy a neve is mutatja, ebben a folyamatban por alakú anyagok keverékét kemencébe viszik, körülbelül 1500ºC hőmérsékleten. Ebben a kemencében a keverék megolvad (szilárdból folyadékká válik), és a mézéhez hasonló viszkozitású pépes masszát képez. Ezt az üveget ezután eltávolítják az olvasztókemencéből, és lehűlés közben megformálják, elérve az általunk ismert merev szerkezetet.
Kézzel készített üveggyártási lépések
Az üvegkeverékben alapanyagként az üveg előállításához felhasznált anyagok a következők szilícium-dioxid vagy szilícium-dioxid (SiO2 ), amely a homokban van, de a gyárakban a szilícium-dioxid egy másik kristályos formáját használják, amely a kvarc; A szóda vagy szóda (nátrium-karbonát - Na2CO3) ez a mészkő (kalcium-karbonát - CaCO3). Ezt a három anyagot összetörjük és porrá alakítjuk, majd a megfelelő arányban összekeverjük.
A fúzióval képződött tömeg nátrium- és kalcium-szilikátokból áll:
hamu + mészkő + homok → közös üveg + szén-dioxid
Nál nél2CO3 + CaCO3 + SiO2 → nátrium- és kalcium-szilikátok + szén-dioxid
x Be2CO3 + y CaCO3 + z SiO2 → (Nál nél2O)x . (CaCO)y. (SiO2)z+ (x + y) CO2
Az iparágakban általában törött üveget adnak a keverékhez, ami eszköz üveg újrahasznosítása.
Bár itt csak szervetlen anyagokat említenek, vannak szerves és fémes anyagokból készült üvegek is.
Ennek a folyamatnak az elemzése során egyesek azt gondolhatják, hogy az üveg folyékony lesz, mivel a kemencében megolvadás után homogén folyadékként kerül elő. Azonban, az üveg nem minősül sem folyékonynak, sem csak szilárdnak, hanem nem kristályos szilárd anyagnak. Mint ez???
A megértéshez hasonlítsuk össze a szemüveget a kristályokkal. Ezek általában kristályos szilárd anyagok, vagyis olyan szerkezetet mutatnak be, amelynek atomjainak elrendezése periodikus és szimmetrikus.
A kristályos szilárd anyag szemléltető ábrázolása szimmetrikus és periodikus kristályos elrendezéssel
Az üvegnek viszont nincs szimmetriájú és transzlációs periodicitású atomelrendezése, hanem egy kiterjesztett és véletlenszerű háromdimenziós hálózat alkotja, amint azt a következő ábra mutatja:
Az üveghálózat (nem kristályos szilárd anyag) szemléltető ábrázolása, ahol a szimmetria és a periodicitás hiánya jellemezhető
Ennek alapján egyesek azt állítják, hogy az üveg amorf szilárd anyag. Azonban, bár az amorf szilárd anyagok szintén nem kristályos szilárd anyagok, különböznek az üvegektől. Míg a szemüveg üvegesedéssel rendelkezik, az amorf szilárd anyagoknak nincs ilyen jelenségük.
Így definiálhatjuk az üvegeket nem kristályos szilárd anyagként, amelyek üvegátmenettel rendelkeznek. De mi az a üveg átmenet?
Amikor az olvadt üveg hűtése megtörténik, egy kis időbe telik, amíg az alkotó egységek eligazodnak, így rendeződnek és így képezik a kristályt. Ez a jelenség az úgynevezett hőmérsékleti tartományban fordul elő üveg átmenet. Ez egy olyan hőmérsékleti tartomány, amely a szerkezeti relaxációval kezdődik, vagyis amikor elkezdik egyes anyagtulajdonságok, például viszkozitás, hőkapacitás és tágulás tekintetében változások következnek be termikus.
Így az üvegesedési hőmérséklet meghatározza az üveges állapotból a viszkoelasztikus állapotba való átmenetet. Ez olyan anyagokra vonatkozik, amelyek erő alkalmazásakor rugalmasan reagálnak, de nem azonnal vagy tartósan. Az üvegtest állapota viszont egy olyan viselkedésnek felel meg, amelynek során, amikor erőt fejtünk ki az anyagra, nem rugalmasan reagál - nem deformálódik -, hanem elnyeli és elvezeti az energiát. Az eredmény tehát az, hogy a test lebomlik.
Ha ez a hűtés gyorsan megtörténik (ami az üveg esetében van), akkor az egységek elveszítik mozgékonyságukat, mielőtt szerveződnének, és kristályosodás nem következik be. Ez azt jelenti az üveg lehűlése az üvegesedési hőmérséklet alatti hőmérsékleten történik. Ha a hőmérséklet magasabb, mint az üvegesedési hőmérséklet (ami a szemüvegre jellemző), az anyag viszkoelasztikus viselkedést mutat.
Írta: Jennifer Fogaça
Kémia szakon végzett
Forrás: Brazil iskola - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/o-vidro-solido-ou-liquido.htm
