แก้วเป็นของแข็งหรือของเหลว?

แก้วเป็นของแข็งหรือของเหลว? คุณเคยได้ยินคำถามนี้หรือไม่? คำถามนี้ดึงดูดผู้คนมาเป็นเวลานาน การศึกษาครั้งแรกเกี่ยวกับโครงสร้างและคำจำกัดความของแก้วได้ดำเนินการในปี พ.ศ. 2373 และตั้งแต่นั้นมา แนวคิดต่างๆ มากมายก็เปลี่ยนไปเมื่อวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีพัฒนาขึ้น

ตอนแรก คำตอบแรกที่นึกได้ก็คือแก้วนั้นแข็ง อย่างไรก็ตาม ความสงสัยเริ่มเกิดขึ้นเมื่อเราพบกระบวนการผลิต มาทำความเข้าใจกันอีกหน่อยเกี่ยวกับเรื่องนี้?

การผลิตแก้วมีหลายวิธี เช่น การสะสมไอเคมี ไพโรไลซิส การฉายรังสีนิวตรอน กระบวนการโซลเจล เป็นต้น กระบวนการที่ใช้กันมากที่สุดในปัจจุบันคือวิธีการแบบคลาสสิกของ ละลาย/เย็น.

ตามชื่อในขั้นตอนนี้ จะมีการนำส่วนผสมของสารที่เป็นผงไปที่เตาอบที่อุณหภูมิประมาณ 1500ºC ในเตาอบนี้ ส่วนผสมจะละลาย (เปลี่ยนจากของแข็งเป็นของเหลว) และกลายเป็นแป้งเปียกที่มีความหนืดคล้ายกับน้ำผึ้ง จากนั้นนำแก้วนี้ออกจากเตาหลอมและขึ้นรูปเมื่อเย็นลงจนถึงโครงสร้างแข็งที่เรารู้จัก

ขั้นตอนการผลิตแก้วแฮนด์เมด

โดยทั่วไปสารที่ใช้ในส่วนผสมแก้วเป็นวัตถุดิบในการเตรียมแก้ว ได้แก่ ซิลิกาหรือซิลิกอนไดออกไซด์ (SiO₂ ), ซึ่งมีอยู่ในทราย แต่ในโรงงานใช้ซิลิคอนไดออกไซด์รูปแบบอื่นซึ่งเป็นผลึก

โซดาหรือโซดา (โซเดียมคาร์บอเนต - Na₂CO₃) มันเป็น หินปูน (แคลเซียมคาร์บอเนต - CaCO₃). วัสดุทั้งสามนี้ถูกบดให้เป็นผงแล้วผสมในสัดส่วนที่เหมาะสม

มวลที่เกิดขึ้นจากการหลอมรวม ประกอบด้วยโซเดียมและแคลเซียมซิลิเกต:

เถ้า + หินปูน + ทราย → แก้วธรรมดา + คาร์บอนไดออกไซด์
ที่₂CO₃ + CaCO₃ + SiO₂ → โซเดียมและแคลเซียมซิลิเกต + คาร์บอนไดออกไซด์
x อิน₂CO₃ + y CaCO₃ + z SiO₂ → (ที่₂อ)_x . (CaCO)_ย. (SiO₂)_z+ (x + y) CO₂

ในอุตสาหกรรม เป็นเรื่องปกติที่จะเติมเศษแก้วลงในส่วนผสม ซึ่งหมายถึง การรีไซเคิลแก้ว.

แม้ว่าจะกล่าวถึงเฉพาะสารอนินทรีย์เท่านั้น แต่ยังมีแก้วที่ทำจากวัสดุอินทรีย์และโลหะอีกด้วย

อย่าเพิ่งหยุด... มีมากขึ้นหลังจากโฆษณา ;)

ในการวิเคราะห์กระบวนการนี้ บางคนอาจคิดว่าแก้วจะเป็นของเหลว เนื่องจากจะออกมาเป็นของเหลวที่เป็นเนื้อเดียวกันหลังจากหลอมละลายในเตาหลอม อย่างไรก็ตาม แก้วไม่ได้จัดประเภทเป็นของเหลวหรือเป็นของแข็งเท่านั้น แต่เป็นของแข็งที่ไม่ใช่ผลึก แบบนี้???

เพื่อให้เข้าใจ เรามาเปรียบเทียบแก้วกับคริสตัลกัน โดยทั่วไปแล้วสิ่งเหล่านี้เป็นของแข็งผลึกนั่นคือพวกมันนำเสนอโครงสร้างที่มีการจัดเรียงอะตอมเป็นระยะและสมมาตร

การแสดงภาพประกอบของของแข็งผลึกด้วยการจัดเรียงผลึกแบบสมมาตรและเป็นระยะ

ในทางกลับกัน แก้วไม่มีการจัดเรียงอะตอมที่มีสมมาตรและคาบการแปล แต่ถูกสร้างขึ้นโดยเครือข่ายสามมิติแบบขยายและสุ่ม ดังที่แสดงในภาพประกอบต่อไปนี้:

การแสดงภาพประกอบของเครือข่ายแก้ว (ของแข็งที่ไม่ใช่ผลึก) ซึ่งมีลักษณะไม่สมมาตรและเป็นระยะ

โดยอาศัยสิ่งนี้ บางคนอ้างว่าแก้วเป็นของแข็งอสัณฐาน อย่างไรก็ตาม แม้ว่าของแข็งอสัณฐานจะเป็นของแข็งที่ไม่ใช่ผลึก แต่ก็แตกต่างจากแก้ว แม้ว่าแก้วจะมีการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว แต่ของแข็งอสัณฐานจะไม่มีปรากฏการณ์นี้

ดังนั้นเราจึงสามารถกำหนดแว่นตาเป็นของแข็งที่ไม่ใช่ผลึกที่มีการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว แต่อะไรคือ การเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว?

เมื่อแก้วหลอมเหลวถูกทำให้เย็นลง จะต้องใช้เวลาพอสมควรกว่าหน่วยขึ้นรูปจะปรับทิศทางตัวเองเพื่อจัดระเบียบและก่อตัวเป็นผลึก ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นในช่วงอุณหภูมิที่เรียกว่า การเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว. นี่คือช่วงอุณหภูมิที่เริ่มต้นด้วยการคลายตัวของโครงสร้าง กล่าวคือ เมื่ออุณหภูมิเริ่ม การเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นในคุณสมบัติของวัสดุบางอย่าง เช่น ความหนืด ความจุความร้อน และการขยายตัว ความร้อน

ดังนั้น อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วจะกำหนดการเปลี่ยนจากสถานะคล้ายแก้วเป็นสถานะความหนืด หมายถึงวัสดุที่เมื่อออกแรงจะตอบสนองอย่างยืดหยุ่น แต่ไม่ใช่ในทันทีหรือถาวร สภาพน้ำเลี้ยงสอดคล้องกับพฤติกรรมที่เมื่อเราใช้แรงกับวัสดุ วัสดุนั้นไม่ตอบสนองอย่างยืดหยุ่น ไม่ทำให้เสียรูป แต่จะดูดซับและกระจายพลังงาน ผลก็คือร่างกายทรุดโทรม

เมื่อระบายความร้อนนี้เสร็จสิ้นอย่างรวดเร็ว (ซึ่งเป็นกรณีของกระจก) หน่วยจะสูญเสียความคล่องตัวก่อนที่จะจัดระเบียบตัวเอง และการตกผลึกจะไม่เกิดขึ้น หมายความว่า การระบายความร้อนด้วยแก้วจะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว หากอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว (ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะสำหรับแว่นตา) วัสดุจะมีพฤติกรรมหนืด

โดย เจนนิเฟอร์ โฟกาซา
จบเคมี