Cam katı mıdır sıvı mıdır?

Cam katı mıdır sıvı mıdır? Bu soruyu hiç duydunuz mu? Bu soru insanları uzun süre şaşırttı. Camın yapısı ve tanımı ile ilgili ilk çalışmalar 1830 yılında yapılmış ve o zamandan bu yana bilim ve teknolojinin gelişmesiyle birçok kavram değişmiştir.

İlk başta, muhtemelen akla gelen ilk cevap, camın katı olduğu olacaktır. Ancak üretim süreciyle karşılaştığımızda şüpheler oluşmaya başlıyor. Bunu biraz daha anlayalım mı?

Diğerleri arasında kimyasal buhar biriktirme, piroliz, nötron ışıması, sol-jel işlemi gibi çeşitli cam üretim yöntemleri vardır. Günümüzde en çok kullanılan işlem klasik yöntemdir. eritme/soğutma.

Bu işlemde adından da anlaşılacağı gibi toz halindeki maddelerden oluşan bir karışım 1500ºC civarındaki bir fırına alınır. Bu fırında karışım erir (katıdan sıvıya geçer) ve bala benzer viskozitede macunsu bir kütle oluşturur. Bu cam daha sonra ergitme fırınından çıkarılarak soğudukça şekil verilerek bildiğimiz rijit yapıya ulaşır.

El Yapımı Cam Üretim Adımları

Genellikle cam karışımında camın hazırlanmasında hammadde olarak kullanılan maddeler,

silika veya silikon dioksit (SiO₂ ), kumda bulunan, ancak fabrikalarda kuvars olan başka bir kristal silikon dioksit formunun kullanılması gelenekseldir; soda veya soda (sodyum karbonat - Na₂CO₃) bu kireçtaşı (kalsiyum karbonat - CaCO₃). Bu üç malzeme ezilip toz haline getirilmekte ve uygun oranda karıştırılmaktadır.

Füzyonla oluşan kütle sodyum ve kalsiyum silikatlardan oluşur:

kül + kalker + kum → ortak cam + karbondioksit
at₂CO₃ + CaCO₃ + SiO₂ → sodyum ve kalsiyum silikatlar + karbondioksit
x In₂CO₃ + y CaCO₃ + z SiO₂ → (₂Ö)_x . (CaCO)_y. (SiO₂)_z+ (x + y) CO₂

Endüstrilerde, karışıma kırık cam eklemek yaygındır. cam geri dönüşümü.

Burada sadece inorganik maddelerden söz edilse de organik ve metalik malzemelerden yapılmış camlar da vardır.

Bu işlemi analiz ederken, bazıları camın ocakta eridikten sonra homojen bir sıvı olarak ortaya çıkması nedeniyle sıvı olacağını düşünebilir. Ancak, cam ne sıvı ne de sadece katı olarak sınıflandırılır, kristal olmayan bir katı olarak sınıflandırılır. Böyle???

Anlamak için camları kristallerle karşılaştıralım. Bunlar genel olarak kristal katılardır, yani atomların düzeni periyodik ve simetrik olan bir yapı sunarlar.

Simetrik ve periyodik kristal düzenlemesi ile kristal katının açıklayıcı temsili

Cam ise simetri ve öteleme periyodikliği ile atomik bir düzenlemeye sahip değildir, ancak aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi genişletilmiş ve rastgele üç boyutlu bir ağdan oluşur:

Simetri ve periyodikliğin yokluğunun karakterize edildiği cam ağın (kristal olmayan katı) açıklayıcı temsili

Buna dayanarak, bazıları camın amorf bir katı olduğunu iddia ediyor. Ancak, amorf katılar da kristal olmayan katılardır, ancak camlardan farklıdırlar. Camlarda bir cam geçişi varken, amorf katılarda bu fenomen yoktur.

Böylece camları, cam geçişi olan kristal olmayan katılar olarak tanımlayabiliriz. Ama ne bir cam geçiş?

Erimiş cam soğutulurken, şekillendirme birimlerinin organize olmaları ve böylece kristali oluşturmaları için kendilerini yönlendirmeleri biraz zaman alır. Bu fenomen denilen bir sıcaklık aralığında meydana gelir. cam geçiş. Bu, yapısal gevşeme ile başlayan, yani viskozite, ısı kapasitesi ve genleşme gibi bazı malzeme özelliklerinde değişiklikler meydana gelir. termal.

Böylece, camsı geçiş sıcaklığı, camsı halden viskoelastik duruma geçişi tanımlar. Bu, bir kuvvet uygulandığında elastik olarak tepki veren, ancak anında veya kalıcı olmayan malzemeleri ifade eder. Camsı durum, malzemeye bir kuvvet uyguladığımızda, elastik olarak tepki vermediği, deforme olmadığı, ancak enerjiyi emdiği ve dağıttığı bir davranışa karşılık gelir. Sonuç olarak, vücut parçalanır.

Bu soğutma hızlı bir şekilde yapıldığında (camda olduğu gibi), üniteler kendilerini düzenlemeden hareket kabiliyetini kaybeder ve kristalleşme olmaz. Bunun anlamı şudur ki cam soğutma, cam geçiş sıcaklığının altındaki bir sıcaklıkta gerçekleşir. Sıcaklık, cam geçiş sıcaklığından (camlar için karakteristik olan) daha yüksekse, malzeme viskoelastik bir davranışa sahip olacaktır.

Jennifer Foğaça tarafından
Kimya mezunu

Kaynak: Brezilya Okulu - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/o-vidro-solido-ou-liquido.htm