Ar stiklas yra kietas, ar skystas? Ar kada nors girdėjote šį klausimą? Šis klausimas ilgą laiką glumino žmones. Pirmieji stiklo struktūros ir apibrėžimo tyrimai buvo atlikti 1830 m., Ir nuo to laiko, vystantis mokslui ir technologijoms, daugelis sąvokų buvo pakeistos.
Iš pradžių turbūt pirmasis į galvą ateinantis atsakymas būtų tas, kad stiklas yra tvirtas. Tačiau abejonių pradeda kilti, kai susiduriame su jo gamybos procesu. Supraskime apie tai šiek tiek daugiau?
Yra keletas stiklo gamybos būdų, pavyzdžiui, cheminis garų nusodinimas, pirolizė, neutronų apšvitinimas, sol-gelio procesas ir kt. Šiandien dažniausiai naudojamas procesas yra klasikinis metodas lydymas / aušinimas.
Kaip rodo pavadinimas, šiame procese miltelių pavidalo mišinys nunešamas į maždaug 1500ºC temperatūros orkaitę. Šioje orkaitėje mišinys ištirpsta (pereina iš kieto į skystą) ir suformuoja tešlos masę, kurios klampa yra panaši į medaus. Tada šis stiklas pašalinamas iš lydymo krosnies ir formuojamas aušinamas, pasiekiant mums žinomą standžią struktūrą.
Rankų darbo stiklo gamybos žingsniai
Paprastai medžiagos, naudojamos stiklo mišinyje kaip žaliavos stiklui paruošti, yra silicio dioksidas arba silicio dioksidas (SiO2 ), kurio yra smėlyje, tačiau gamyklose įprasta naudoti kitą kristalinę silicio dioksido formą, ty kvarcą; The soda arba soda (natrio karbonatas - Na2CO3) tai kalkakmenis (kalcio karbonatas - CaCO3). Šios trys medžiagos susmulkinamos ir paverčiamos milteliais, tada sumaišomos tinkama proporcija.
Masė susidarė susiliejus susideda iš natrio ir kalcio silikatų:
pelenai + kalkakmenis + smėlis → paprastasis stiklas + anglies dioksidas
At2CO3 + CaCO3 + SiO2 → natrio ir kalcio silikatai + anglies dioksidas
x įėjimas2CO3 + y CaCO3 + z SiO2 → (At2O)x . (CaCO)y. (SiO2)z+ (x + y) CO2
Pramonėje įprasta į mišinį įpilti skaldyto stiklo, o tai yra priemonė stiklo perdirbimas.
Nors čia minimos tik neorganinės medžiagos, yra ir stiklinių, pagamintų iš organinių ir metalinių medžiagų.
Analizuodami šį procesą, kai kurie gali pagalvoti, kad stiklas bus skystas, nes ištirpęs krosnyje jis išeina kaip vienalytis skystis. Tačiau stiklas nėra klasifikuojamas nei kaip skystis, nei tik kaip kietoji medžiaga, bet kaip nekristalinė kietoji medžiaga. Kaip šitas???
Norėdami suprasti, palyginkime akinius su kristalais. Tai apskritai yra kristalinės kietosios medžiagos, tai yra, jos turi struktūrą, kurios atomų išsidėstymas yra periodiškas ir simetriškas.
Iliustracinis kristalinės kietosios medžiagos vaizdas su simetrišku ir periodišku kristaliniu išdėstymu
Kita vertus, stiklas neturi atomų išdėstymo su simetrija ir vertimo periodiškumu, tačiau jį suformuoja išplėstas ir atsitiktinis trimatis tinklas, kaip parodyta šioje iliustracijoje:
Iliustracinis stiklo tinklo (nekristalinės kietos medžiagos) vaizdavimas, kur apibūdinamas simetrijos ir periodiškumo nebuvimas
Remdamiesi tuo, kai kurie teigia, kad stiklas yra amorfinė kieta medžiaga. Tačiau nors amorfinės kietosios medžiagos yra ir nekristalinės kietosios medžiagos, jos skiriasi nuo stiklinių. Nors akiniai pereina stiklą, amorfinės kietosios medžiagos neturi šio reiškinio.
Taigi stiklus galime apibrėžti kaip nekristalines kietąsias medžiagas, kurios pereina stiklą. Bet kas yra a stiklo perėjimas?
Kai išlydytas stiklas aušinamas, formuojantiems elementams reikia šiek tiek laiko orientuotis taip, kad jie būtų sutvarkyti ir taip suformuoti kristalą. Šis reiškinys įvyksta temperatūros diapazone, vadinamame stiklo perėjimas. Tai yra temperatūrų diapazonas, kuris prasideda nuo struktūrinio atsipalaidavimo, tai yra, kai jie pradeda pasikeičia kai kurios medžiagos savybės, tokios kaip klampa, šilumos talpa ir išsiplėtimas terminis.
Taigi stiklo perėjimo temperatūra apibrėžia perėjimą iš stiklinės būsenos į viskoelastinę būseną. Tai reiškia medžiagas, kurios, veikdamos jėgą, reaguoja elastingai, bet ne akimirksniu ar visam laikui. Stiklakūnio būsena atitinka elgesį, kai, pritaikius medžiagai jėgą, ji neatsako elastingai - ji nesideformuoja, bet sugeria ir išsklaido energiją. Taigi rezultatas yra tai, kad kūnas sugenda.
Kai šis aušinimas atliekamas greitai (taip yra stiklo atveju), prieš organizuodami įrenginiai praranda judrumą ir kristalizacija nevyksta. Tai reiškia stiklo aušinimas vyksta žemesnėje nei stiklo temperatūra. Jei temperatūra yra aukštesnė už stiklėjimo temperatūrą (kuri būdinga stiklams), medžiaga turės viskoelastinį elgesį.
Jennifer Fogaça
Baigė chemiją
Šaltinis: Brazilijos mokykla - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/o-vidro-solido-ou-liquido.htm
