Vai stikls ir ciets vai šķidrs? Vai esat kādreiz dzirdējuši šo jautājumu? Šis jautājums jau ilgu laiku ir mulsinājis cilvēkus. Pirmie pētījumi par stikla struktūru un definīciju tika veikti 1830. gadā, un kopš tā laika, attīstoties zinātnei un tehnoloģijai, daudzi jēdzieni ir mainīti.
Sākumā, iespējams, pirmā atbilde, kas nāktu prātā, būtu, ka stikls ir ciets. Tomēr šaubas sāk rasties, kad sastopamies ar tā ražošanas procesu. Sapratīsim mazliet vairāk par šo?
Ir vairākas stikla ražošanas metodes, piemēram, ķīmiskā tvaiku nogulsnēšanās, pirolīze, neitronu apstarošana, sol-gēla process. Mūsdienās visbiežāk izmantotais process ir klasiskā metode kausēšana / atdzesēšana.
Kā norāda nosaukums, šajā procesā pulverveida vielu maisījums tiek nogādāts cepeškrāsnī aptuveni 1500 ° C temperatūrā. Šajā krāsnī maisījums kūst (pāriet no cietas uz šķidrumu) un veido pastveida masu, kuras viskozitāte ir līdzīga medus. Pēc tam šo stiklu noņem no kausēšanas krāsns un atdzesējot veido formu, sasniedzot mums zināmo stingro struktūru.
Ar rokām darinātas stikla ražošanas darbības
Parasti vielas, kuras stikla maisījumā izmanto kā izejvielas stikla pagatavošanai, ir silīcija dioksīds vai silīcija dioksīds (SiO2 ), kas atrodas smiltīs, bet rūpnīcās ir ierasts izmantot citu silīcija dioksīda kristālisko formu, kas ir kvarcs; The soda vai soda (nātrija karbonāts - Na2CO3) tas ir kaļķakmens (kalcija karbonāts - CaCO3). Šie trīs materiāli tiek sasmalcināti un pārvērsti pulverī, pēc tam sajaukti atbilstošā proporcijā.
Masa izveidojās līdz ar saplūšanu sastāv no nātrija un kalcija silikātiem:
pelni + kaļķakmens + smiltis → parastais stikls + oglekļa dioksīds
Plkst2CO3 + CaCO3 + SiO2 → nātrija un kalcija silikāti + oglekļa dioksīds
x iekšā2CO3 + y CaCO3 + z SiO2 → (Plkst2O)x . (CaCO)y. (SiO2)z+ (x + y) CO2
Nozarēs ir ierasts maisījumam pievienot šķelto stiklu, kas ir līdzeklis stikla pārstrāde.
Lai gan šeit tiek minētas tikai neorganiskas vielas, ir arī glāzes, kas izgatavotas no organiskiem un metāliskiem materiāliem.
Analizējot šo procesu, daži varētu domāt, ka stikls būs šķidrs, jo pēc kausēšanas krāsnī tas izdalās kā viendabīgs šķidrums. Tomēr stikls nav klasificēts ne kā šķidrums, ne tikai kā cieta viela, bet gan kā nekristāliska cieta viela. Kā šis???
Lai saprastu, salīdzināsim brilles ar kristāliem. Tās kopumā ir kristāliskas cietas vielas, tas ir, tām ir struktūra, kuras atomu izvietojums ir periodisks un simetrisks.
Kristāliskas cietas vielas ilustratīvs attēlojums ar simetrisku un periodisku kristālisku izvietojumu
Savukārt stiklam nav atomu izkārtojuma ar simetriju un translācijas periodiskumu, bet to veido paplašināts un nejaušs trīsdimensiju tīkls, kā parādīts nākamajā ilustrācijā:
Stikla tīkla (nekristāliska cieta viela) ilustratīvs attēlojums, kur raksturīga simetrijas un periodiskuma neesamība
Pamatojoties uz to, daži apgalvo, ka stikls ir amorfs cietviela. Tomēr kaut arī amorfās cietās vielas ir arī nekristāliskas cietas vielas, tās atšķiras no glāzēm. Kamēr brillēm ir stikla pāreja, amorfās cietās vielas šo parādību neuzrāda.
Tādējādi mēs varam definēt brilles kā nekristāliskas cietas vielas, kurām ir stikla pāreja. Bet kas ir a stikla pāreja?
Kad izkausētais stikls tiek atdzesēts, ir nepieciešams zināms laiks, līdz veidojošās vienības orientējas tā, lai tās būtu sakārtotas un tādējādi veidotu kristālu. Šī parādība notiek temperatūras diapazonā, ko sauc stikla pāreja. Tas ir temperatūru diapazons, kas sākas ar strukturālu relaksāciju, tas ir, kad tie sāk mainās dažu materiālu īpašības, piemēram, viskozitāte, siltuma jauda un izplešanās termiskā.
Tādējādi stikla pārejas temperatūra nosaka pāreju no stiklveida stāvokļa uz viskoelastīgo stāvokli. Tas attiecas uz materiāliem, kuri, pieliekot spēku, reaģē elastīgi, bet ne uzreiz vai neatgriezeniski. Stiklveida stāvoklis atbilst uzvedībai, kurā, pieliekot spēku materiālam, tas nereaģē elastīgi - tas nedeformējas -, bet absorbē un izkliedē enerģiju. Tātad rezultāts ir tāds, ka ķermenis sabojājas.
Kad šī dzesēšana tiek veikta ātri (tas ir gadījumā ar stiklu), vienības zaudē mobilitāti, pirms tās organizējas, un kristalizācija nenotiek. Tas nozīmē ka stikla dzesēšana notiek temperatūrā, kas ir zemāka par stikla pārejas temperatūru. Ja temperatūra ir augstāka par stikla pārejas temperatūru (kas raksturīga brillēm), materiālam būs viskoelastīga izturēšanās.
Autore Jennifer Fogaça
Beidzis ķīmiju
Avots: Brazīlijas skola - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/o-vidro-solido-ou-liquido.htm
