Är glas fast eller flytande?

Är glas fast eller flytande? Har du någonsin hört den här frågan? Denna fråga har fascinerat människor under lång tid. De första studierna om strukturen och definitionen av glas genomfördes 1830, och sedan dess har många begrepp förändrats i takt med att vetenskap och teknik utvecklats.

Till en början skulle troligen det första svaret som skulle komma att tänka på att glas är fast. Tvivel börjar dock uppstå när vi stöter på tillverkningsprocessen. Låt oss förstå lite mer om detta?

Det finns flera metoder för glasproduktion, såsom kemisk ångavsättning, pyrolys, neutronbestrålning, sol-gel-process, bland andra. Den mest använda processen idag är den klassiska metoden för smältning / kylning.

Som namnet antyder tas en blandning av pulverformiga ämnen i en ugn vid en temperatur på cirka 1500 ° C. I denna ugn smälter blandningen (går från fast till vätska) och bildar en pastaformig massa med en viskositet som liknar honungs. Detta glas tas sedan bort från smältugnen och formas när det kyls och når den styva strukturen vi känner till.

Handgjorda tillverkningssteg för glas

I allmänhet är de ämnen som används i glasblandningen som råmaterial för framställning av glas kiseldioxid eller kiseldioxid (SiO₂ ), som finns i sand, men i fabriker används en annan kristallin form av kiseldioxid, som är kvarts; De läsk eller läsk (natriumkarbonat - Na₂CO₃) det är kalksten (kalciumkarbonat - CaCO₃). Dessa tre material krossas och förvandlas till pulver och blandas sedan i rätt proportion.

Massan bildades med fusionen består av natrium- och kalciumsilikater:

ask + kalksten + sand → vanligt glas + koldioxid
På₂CO₃ + CaCO₃ + SiO₂ → natrium- och kalciumsilikater + koldioxid
x i₂CO₃ + y CaCO₃ + z SiO₂ → (På₂O)_x . (CaCO)_y. (SiO₂)_z+ (x + y) CO₂

Inom industrier är det vanligt att lägga till brutet glas i blandningen, vilket är ett medel för återvinning av glas.

Även om endast oorganiska ämnen nämns här, finns det också glas av organiska och metalliska material.

När man analyserar denna process kan vissa tro att glaset skulle vara flytande, eftersom det kommer ut som en homogen vätska efter smältning i ugnen. I alla fall, glas klassificeras varken som en vätska eller som enbart ett fast ämne utan som ett icke-kristallint fast ämne. Så här???

För att förstå, låt oss jämföra glasögon med kristaller. Dessa är i allmänhet kristallina fasta ämnen, det vill säga de har en struktur vars atomarrangemang är periodiskt och symmetriskt.

Illustrativ representation av kristallint fast ämne med symmetriskt och periodiskt kristallint arrangemang

Glas har däremot inte ett atomarrangemang med symmetri och translationell periodicitet, utan bildas av ett utökat och slumpmässigt tredimensionellt nätverk, som visas i följande illustration:

Illustrativ representation av glasnätverket (icke-kristallint fast ämne) där frånvaron av symmetri och periodicitet kännetecknas

Baserat på detta hävdar vissa att glas är ett amorft fast ämne. I alla fall, även om amorfa fasta ämnen också är icke-kristallina fasta ämnen, skiljer de sig från glasögon. Medan glasögon har en glasövergång har amorfa fasta ämnen inte detta fenomen.

Således kan vi definiera glas som icke-kristallina fasta ämnen som har en glasövergång. Men vad är en? glasövergång?

När det smälta glaset kyls tar det lite tid för formningsenheterna att orientera sig så att de är organiserade och därmed bildar kristallen. Detta fenomen förekommer i ett temperaturintervall som kallas glasövergång. Detta är ett temperaturintervall som börjar med strukturell avkoppling, det vill säga när de börjar förändringar inträffar i vissa materialegenskaper, såsom viskositet, värmekapacitet och expansion termisk.

Således definierar glasövergångstemperaturen övergången från det glasiga tillståndet till det viskoelastiska tillståndet. Detta hänvisar till material som, när de applicerar en kraft, reagerar elastiskt, men inte direkt eller permanent. Glaskroppen motsvarar ett beteende där det, när vi applicerar en kraft på materialet, inte reagerar elastiskt - det deformeras inte - utan absorberar och släpper ut energi. Så resultatet är att kroppen går sönder.

När denna kylning sker snabbt (vilket är fallet med glas) tappar enheterna rörlighet innan de organiserar sig och kristallisering sker inte. Detta innebär att glaskylningen sker vid en temperatur under glasövergångstemperaturen. Om temperaturen är högre än glasövergångstemperaturen (vilket är karakteristiskt för glasögon) kommer materialet att ha ett viskoelastiskt beteende.

Av Jennifer Fogaça
Examen i kemi

Källa: Brazil School - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/o-vidro-solido-ou-liquido.htm