Je sklo pevné alebo tekuté? Počuli ste už túto otázku? Táto otázka si ľudí dlho lámala hlavu. Prvé štúdie o štruktúre a definícii skla sa uskutočnili v roku 1830 a od tej doby sa pri vývoji vedy a techniky zmenilo veľa koncepcií.
Spočiatku by asi prvou odpoveďou, ktorá by mi prišla na um, bola pevnosť skla. Keď však narazíme na jeho výrobný proces, začnú vznikať pochybnosti. Pochopme o tom niečo viac?
Existuje niekoľko spôsobov výroby skla, napríklad chemická depozícia z pár, pyrolýza, ožarovanie neutrónov, sol-gel proces. Najpoužívanejším procesom súčasnosti je klasická metóda tavenie / chladenie.
Ako už z názvu vyplýva, v tomto procese sa zmes práškových látok odoberie do pece pri teplote okolo 1 500 ° C. V tejto peci sa zmes topí (prechádza z tuhej do tekutej) a vytvára pastovitú hmotu s podobnou viskozitou ako med. Toto sklo sa potom odstráni z taviacej pece a pri ochladení sa tvaruje, čím sa získa tuhá štruktúra, ktorú poznáme.
Kroky pri ručnej výrobe skla
Látky, ktoré sa používajú v sklenenej zmesi ako suroviny na prípravu skla, sú spravidla:
oxid kremičitý alebo oxid kremičitý (SiO2 ), ktorý je prítomný v piesku, ale v továrňach je zvykom používať inú kryštalickú formu oxidu kremičitého, ktorou je kremeň; The sóda alebo sóda (uhličitan sodný - Na2CO3) to je vápenec (uhličitan vápenatý - CaCO3). Tieto tri materiály sa rozdrvia a premenia na prášok, ktorý sa potom zmieša v správnom pomere.Hmota vznikla spojením pozostáva z kremičitanov sodných a vápenatých:
popol + vápenec + piesok → bežné sklo + oxid uhličitý
O2CO3 + CaCO3 + SiO2 → sodné a vápenaté kremičitany + oxid uhličitý
x dov2CO3 + y CaCO3 + z SiO2 → (O2O)X . (CaCO)r. (SiO2)z+ (x + y) CO2
V priemyselných odvetviach je bežné pridávať do zmesi rozbité sklo, čo je prostriedok recyklácia skla.
Aj keď sa tu uvádzajú iba anorganické látky, existujú aj sklá vyrobené z organických a kovových materiálov.
Pri analýze tohto procesu by si niekto mohol myslieť, že sklo by bolo kvapalné, pretože po tavení v peci vyjde ako homogénna kvapalina. Avšak sklo nie je klasifikované ani ako kvapalina, ani ako pevná látka, ale ako nekryštalická pevná látka. Páči sa ti to???
Aby sme to pochopili, porovnajme okuliare s kryštálmi. Všeobecne ide o kryštalické pevné látky, to znamená, že majú štruktúru, ktorej usporiadanie atómov je periodické a symetrické.
Ilustračné znázornenie kryštalickej pevnej látky so symetrickým a periodickým kryštalickým usporiadaním
Sklo na druhej strane nemá atómové usporiadanie so symetriou a translačnou periodicitou, ale je tvorené predĺženou a náhodnou trojrozmernou sieťou, ako je znázornené na nasledujúcom obrázku:
Ilustračné znázornenie sklenej siete (nekryštalická pevná látka), kde je charakterizovaná absencia symetrie a periodicity
Na základe toho niektorí tvrdia, že sklo je amorfná tuhá látka. Avšak hoci amorfné tuhé látky sú tiež nekryštalické tuhé látky, líšia sa od pohárov. Zatiaľ čo okuliare majú sklenený prechod, amorfné tuhé látky tento jav nemajú.
Môžeme teda definovať sklá ako nekryštalické pevné látky, ktoré majú sklenený prechod. Ale čo je to sklenený prechod?
Keď sa roztavené sklo ochladzuje, určitú dobu trvá, kým sa formovacie jednotky zorientujú tak, aby boli usporiadané a vytvorili tak kryštál. Tento jav sa vyskytuje v teplotnom rozsahu tzv sklenený prechod. Toto je rozsah teplôt, ktorý začína štrukturálnou relaxáciou, to znamená, keď začnú zmeny nastávajú v niektorých vlastnostiach materiálu, napríklad vo viskozite, tepelnej kapacite a rozťažnosti termálny.
Teplota skleného prechodu teda definuje prechod zo skleneného stavu do viskoelastického. Týka sa to materiálov, ktoré pri pôsobení sily reagujú elasticky, nie však okamžite alebo trvale. Stav sklovca zodpovedá chovaniu, pri ktorom keď na materiál pôsobíme silou, nereaguje pružne - nedeformuje sa - ale absorbuje a rozptýli energiu. Výsledkom je teda to, že sa telo rozpadne.
Keď sa toto ochladenie uskutoční rýchlo (čo je prípad skla), jednotky stratia pohyblivosť skôr, ako sa samy usporiadajú, a nedôjde ku kryštalizácii. To znamená, že chladenie skla sa uskutočňuje pri teplote pod teplotou skleného prechodu. Ak je teplota vyššia ako teplota skleného prechodu (ktorá je charakteristická pre okuliare), bude mať materiál viskoelastické správanie.
Autor: Jennifer Fogaça
Vyštudoval chémiu
Zdroj: Brazílska škola - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/o-vidro-solido-ou-liquido.htm