Je steklo trdno ali tekoče? Ste že slišali to vprašanje? To vprašanje ljudi že dolgo zmede. Prve študije o strukturi in opredelitvi stekla so bile izvedene leta 1830 in od takrat so se številni koncepti spreminjali z razvojem znanosti in tehnologije.
Najprej bi bil verjetno prvi odgovor, ki bi mi prišel na misel, ta, da je steklo trdno. Dvomi pa se začnejo pojavljati, ko naletimo na njegov proizvodni postopek. Naj razumemo malo več o tem?
Obstaja več načinov pridobivanja stekla, kot so na primer nanašanje kemičnih hlapov, piroliza, nevtronsko obsevanje, postopek sol-gela. Danes je najpogosteje uporabljena klasična metoda taljenje / hlajenje.
Kot že ime pove, v tem postopku mešanico snovi v prahu odnesemo v pečico pri temperaturi okoli 1500 ° C. V tej pečici se zmes stopi (preide iz trdne v tekočo) in tvori pastozno maso z viskoznostjo, podobno kot med. To steklo nato odstranimo iz talilne peči in ga med hlajenjem oblikujemo in dosežemo togo strukturo, ki jo poznamo.
Koraki za ročno izdelavo stekla
Na splošno so snovi, ki se v mešanici stekla uporabljajo kot surovine za pripravo stekla, silicijev dioksid ali silicijev dioksid (SiO2 ), ki je prisoten v pesku, v tovarnah pa je v navadi uporaba druge kristalne oblike silicijevega dioksida, ki je kremen; The soda ali soda (natrijev karbonat - Na2CO3) to je apnenec (kalcijev karbonat - CaCO3). Ti trije materiali se zdrobijo in spremenijo v prah, nato pa se zmešajo v ustreznem razmerju.
Masa, ki nastane s fuzijo vsebuje natrijev in kalcijev silikat:
pepel + apnenec + pesek → običajno steklo + ogljikov dioksid
Ob2CO3 + CaCO3 + SiO2 → natrijev in kalcijev silikat + ogljikov dioksid
x In2CO3 + y CaCO3 + z SiO2 → (Ob2O)x . (CaCO)y (SiO2)z+ (x + y) CO2
V industriji je običajno mešanici dodati razbito steklo, kar je sredstvo za recikliranje stekla.
Čeprav so tu omenjene samo anorganske snovi, obstajajo tudi kozarci iz organskih in kovinskih materialov.
Ne ustavi se zdaj... Po oglaševanju je še več;)
Pri analiziranju tega procesa bi lahko nekateri pomislili, da bi bilo steklo tekoče, saj po taljenju v peči izide kot homogena tekočina. Vendar steklo ni razvrščeno niti kot tekoče niti samo kot trdno, temveč kot nekristalna trdna snov. Všečkaj to???
Da bi razumeli, primerjajmo očala s kristali. To so na splošno kristalne trdne snovi, to pomeni, da predstavljajo strukturo, katere razporeditev atomov je periodična in simetrična.
Nazorna predstavitev kristalne trdne snovi s simetrično in periodično kristalno razporeditvijo
Po drugi strani pa steklo nima atomske razporeditve s simetrijo in translacijsko periodičnostjo, temveč ga tvori razširjena in naključna tridimenzionalna mreža, kot je prikazano na naslednji sliki:
Nazorna predstavitev steklene mreže (nekristalna trdna snov), kjer je značilna odsotnost simetrije in periodičnosti
Na podlagi tega nekateri trdijo, da je steklo amorfna trdna snov. Vendar čeprav so amorfne trdne snovi tudi nekristalne trdne snovi, se razlikujejo od kozarcev. Medtem ko kozarci predstavljajo stekleni prehod, amorfne trdne snovi tega pojava ne predstavljajo.
Tako lahko očala definiramo kot nekristalne trdne snovi, ki imajo stekleni prehod. Kaj pa je steklen prehod?
Ko se staljeno steklo ohladi, traja nekaj časa, da se oblikovalne enote orientirajo tako, da so organizirane in tako tvorijo kristal. Ta pojav se pojavi v temperaturnem območju, imenovanem stekleni prehod. To je območje temperatur, ki se začne s strukturno sprostitvijo, torej takrat, ko začnejo pri nekaterih lastnostih materiala se pojavijo spremembe, kot so viskoznost, toplotna sposobnost in raztezanje toplotno.
Tako temperatura steklenega prehoda definira prehod iz steklastega stanja v viskoelastično stanje. To se nanaša na materiale, ki se pri uporabi sile odzovejo elastično, vendar ne takoj ali trajno. Steklasto stanje ustreza vedenju, v katerem se, ko na material uporabimo silo, ne odzove elastično - ne deformira - ampak absorbira in razprši energijo. Rezultat je torej, da se telo razgradi.
Ko je to hlajenje hitro (kar velja za steklo), enote izgubijo gibljivost, preden se organizirajo, in ne pride do kristalizacije. To pomeni da hlajenje stekla poteka pri temperaturi pod temperaturo prehoda stekla. Če je temperatura višja od temperature prehoda stekla (kar je značilno za očala), bo material imel viskoelastično obnašanje.
Avtorica Jennifer Fogaça
Diplomiral iz kemije
