Стекло твердое или жидкое? Вы когда-нибудь слышали этот вопрос? Этот вопрос давно интересовал людей. Первые исследования структуры и определения стекла были проведены в 1830 году, и с тех пор многие концепции были изменены по мере развития науки и техники.
Сначала, вероятно, первым ответом, который придет в голову, будет то, что стекло твердое. Однако сомнения начинают возникать, когда мы сталкиваемся с его производственным процессом. Давайте разберемся с этим еще немного?
Существует несколько методов производства стекла, таких как химическое осаждение из паровой фазы, пиролиз, нейтронное облучение, золь-гель процесс и другие. На сегодняшний день наиболее распространенным процессом является классический метод плавление / охлаждение.
Как следует из названия, в этом процессе смесь порошкообразных веществ помещается в печь при температуре около 1500 ° C. В этой печи смесь плавится (переходит из твердого состояния в жидкое) и образует пастообразную массу с вязкостью, аналогичной меду. Затем это стекло вынимается из плавильной печи и при охлаждении ему придают форму, получая известную нам жесткую структуру.
Этапы изготовления стекла ручной работы
Обычно вещества, используемые в стеклянной смеси в качестве сырья для изготовления стекла, представляют собой диоксид кремния или диоксид кремния (SiO2 ), который присутствует в песке, но на заводах используется другая кристаллическая форма диоксида кремния - кварц; В сода или сода (карбонат натрия - Na2CO3) это известняк (карбонат кальция - CaCO3). Эти три материала измельчаются и превращаются в порошок, а затем смешиваются в нужной пропорции.
Масса, образовавшаяся при плавлении состоит из силикатов натрия и кальция:
зола + известняк + песок → обычное стекло + углекислый газ
В2CO3 + CaCO3 + SiO2 → силикаты натрия и кальция + углекислый газ
x В2CO3 + y CaCO3 + z SiO2 → (В2O)Икс . (CaCO)у. (SiO2)z+ (х + у) СО2
В промышленности в смесь добавляют битое стекло, которое является средством переработка стекла.
Хотя здесь упоминаются только неорганические вещества, есть также стекла из органических и металлических материалов.
Не останавливайся сейчас... После рекламы есть еще кое-что;)
Анализируя этот процесс, некоторые могут подумать, что стекло будет жидким, поскольку оно выходит в виде однородной жидкости после плавления в печи. Тем не мение, стекло не классифицируется ни как жидкость, ни только как твердое тело, а как некристаллическое твердое вещество. Как это???
Чтобы разобраться, сравним очки с кристаллами. Как правило, это кристаллические твердые тела, то есть они представляют собой структуру, расположение атомов которой является периодическим и симметричным.
Иллюстративное изображение кристаллического твердого тела с симметричным и периодическим кристаллическим расположением
Стекло, с другой стороны, не имеет атомного расположения с симметрией и поступательной периодичностью, а образовано протяженной и случайной трехмерной сетью, как показано на следующей иллюстрации:
Наглядное изображение стеклянной сетки (некристаллическое твердое тело), где характерно отсутствие симметрии и периодичности.
На основании этого некоторые утверждают, что стекло представляет собой аморфное твердое тело. Тем не мение, Хотя аморфные твердые вещества также являются некристаллическими твердыми телами, они отличаются от стекол. В то время как стекла имеют стеклование, аморфные твердые тела не имеют этого явления.
Таким образом, мы можем определить стекла как некристаллические твердые тела, которые имеют стеклование. Но что такое стеклование?
При охлаждении расплавленного стекла формующим элементам требуется некоторое время, чтобы сориентироваться так, чтобы они были организованы и, таким образом, образовали кристалл. Это явление происходит в диапазоне температур, называемом стеклование. Это диапазон температур, который начинается со структурной релаксации, то есть когда они начинают происходят изменения некоторых свойств материала, таких как вязкость, теплоемкость и расширение термический.
Таким образом, температура стеклования определяет переход из стеклообразного состояния в вязкоупругое состояние. Это относится к материалам, которые при приложении силы реагируют упруго, но не мгновенно или постоянно. Стекловидное тело соответствует поведению, при котором, когда мы прикладываем силу к материалу, он не реагирует упруго - он не деформируется - но поглощает и рассеивает энергию. В результате тело ломается.
Когда это охлаждение осуществляется быстро (как в случае со стеклом), элементы теряют подвижность, прежде чем они организуются, и кристаллизация не происходит. Это значит, что охлаждение стекла происходит при температуре ниже температуры стеклования. Если температура выше температуры стеклования (что характерно для стекол), материал будет иметь вязкоупругое поведение.
Дженнифер Фогача
Окончила химический факультет
