Sticla este solidă sau lichidă? Ai auzit vreodată această întrebare? Această întrebare i-a intrigat pe oameni de mult timp. Primele studii privind structura și definiția sticlei au fost efectuate în 1830 și, de atunci, multe concepte au fost schimbate pe măsură ce știința și tehnologia s-au dezvoltat.
La început, probabil primul răspuns care mi-ar veni în minte ar fi că sticla este solidă. Cu toate acestea, încep să apară îndoieli atunci când întâlnim procesul său de fabricație. Să înțelegem puțin mai mult despre asta?
Există mai multe metode de producere a sticlei, cum ar fi depunerea chimică a vaporilor, piroliza, iradierea neutronilor, procesul sol-gel, printre altele. Cel mai utilizat proces de astăzi este metoda clasică de topire / răcire.
După cum sugerează și numele, în acest proces, un amestec de substanțe sub formă de pulbere este dus la cuptor, la o temperatură de aproximativ 1500 ° C. În acest cuptor, amestecul se topește (trece de la solid la lichid) și formează o masă păstoasă cu o vâscozitate similară cu cea a mierii. Această sticlă este apoi scoasă din cuptorul de topire și modelată pe măsură ce este răcită, ajungând la structura rigidă pe care o cunoaștem.
Pași de fabricație a sticlei lucrate manual
În general, substanțele utilizate în amestecul de sticlă ca materii prime pentru prepararea sticlei sunt siliciu sau dioxid de siliciu (SiO2 ), care este prezent în nisip, dar, în fabrici, se folosește o altă formă cristalină de dioxid de siliciu, care este cuarțul; sodă sau sodă (carbonat de sodiu - Na2CO3) este calcar (carbonat de calciu - CaCO3). Aceste trei materiale sunt zdrobite și transformate în pulbere, apoi amestecate în proporția adecvată.
Masa formată odată cu fuziunea constă din silicați de sodiu și calciu:
cenușă + calcar + nisip → sticlă obișnuită + dioxid de carbon
La2CO3 + CaCO3 + SiO2 → silicati de sodiu si calciu + dioxid de carbon
x În2CO3 + y CaCO3 + z SiO2 → (La2O)X . (CaCO)y. (SiO2)z+ (x + y) CO2
În industrii, este obișnuit să adăugați sticlă spartă amestecului, care este un mijloc de reciclarea sticlei.
Deși aici sunt menționate doar substanțe anorganice, există și pahare din materiale organice și metalice.
Nu te opri acum... Există mai multe după publicitate;)
Analizând acest proces, unii ar putea crede că sticla ar fi lichidă, deoarece iese ca un lichid omogen după topirea în cuptor. In orice caz, sticla nu este clasificată nici ca lichid, nici ca solid, ci ca solid necristalin. Ca aceasta???
Pentru a înțelege, să comparăm ochelarii cu cristalele. Acestea, în general, sunt solide cristaline, adică prezintă o structură a cărei dispunere a atomilor este periodică și simetrică.
Reprezentare ilustrativă a solidului cristalin cu dispunere cristalină simetrică și periodică
Sticla, pe de altă parte, nu are un aranjament atomic cu simetrie și periodicitate translațională, ci este format dintr-o rețea tridimensională extinsă și aleatorie, așa cum se arată în următoarea ilustrație:
Reprezentare ilustrativă a rețelei de sticlă (solid necristalin) unde se caracterizează absența simetriei și periodicității
Pe baza acestui fapt, unii susțin că sticla este un solid amorf. In orice caz, deși solidele amorfe sunt și solide necristaline, ele sunt diferite de ochelari. În timp ce ochelarii au o tranziție sticloasă, solidele amorfe nu au acest fenomen.
Astfel, putem defini ochelarii ca solide necristaline care au o tranziție sticloasă. Dar ce este un tranziție de sticlă?
Când sticla topită este răcită, este nevoie de ceva timp pentru ca unitățile de formare să se orienteze astfel încât să fie organizate și astfel să formeze cristalul. Acest fenomen apare într-un interval de temperatură numit tranziție de sticlă. Aceasta este o gamă de temperaturi care începe cu relaxarea structurală, adică atunci când încep modificări apar în unele proprietăți ale materialului, cum ar fi vâscozitatea, capacitatea termică și expansiunea termic.
Astfel, temperatura de tranziție a sticlei definește trecerea de la starea sticloasă la starea viscoelastică. Aceasta se referă la materiale care, atunci când aplică o forță, răspund elastic, dar nu instantaneu sau permanent. Starea vitroasă corespunde unui comportament în care, atunci când aplicăm o forță asupra materialului, acesta nu răspunde elastic - nu se deformează - ci absoarbe și disipă energia. Deci, rezultatul este că corpul se descompune.
Când această răcire se face rapid (ceea ce este cazul sticlei), unitățile își pierd mobilitatea înainte de a se organiza și cristalizarea nu are loc. Aceasta înseamnă că răcirea sticlei are loc la o temperatură sub temperatura de tranziție a sticlei. Dacă temperatura este mai mare decât temperatura de tranziție a sticlei (care este caracteristică ochelarilor), materialul va avea un comportament viscoelastic.
De Jennifer Fogaça
Absolvent în chimie
