Скло тверде чи рідке? Ви коли-небудь чули це запитання? Це питання давно заінтригувало людей. Перші дослідження будови та визначення скла були проведені в 1830 р., І з тих пір багато концепцій було змінено в міру розвитку науки і техніки.
Спочатку, мабуть, першою відповіддю, яка прийшла б мені на думку, було б те, що скло тверде. Однак сумніви починають виникати, коли ми стикаємося з його виробничим процесом. Давайте розберемось трохи більше в цьому?
Існує кілька методів виробництва скла, таких як хімічне осадження парів, піроліз, нейтронне опромінення, золь-гелевий процес, серед інших. На сьогоднішній день найбільш уживаним процесом є класичний метод плавлення / охолодження.
Як випливає з назви, у цьому процесі суміш порошкоподібних речовин виноситься в піч при температурі близько 1500ºC. У цій печі суміш плавиться (переходить із твердої речовини в рідку) і утворює пастоподібну масу з в’язкістю, подібною до меду. Потім це скло видаляється з плавильної печі і формується в процесі охолодження, досягаючи жорсткої структури, яку ми знаємо.
Етапи виготовлення ручної роботи зі скла
Зазвичай речовинами, що використовуються в скляній суміші як сировина для приготування скла, є діоксид кремнію або діоксид кремнію (SiO2 ), який присутній у піску, але на фабриках прийнято використовувати іншу кристалічну форму діоксиду кремнію - кварц; сода або сода (карбонат натрію - Na2CO3) це вапняк (карбонат кальцію - CaCO3). Ці три матеріали подрібнюють і перетворюють на порошок, а потім змішують у належній пропорції.
Маса, що утворюється при плавленні складається з силікатів натрію та кальцію:
зола + вапняк + пісок → звичайне скло + вуглекислий газ
В2CO3 + CaCO3 + SiO2 → силікати натрію та кальцію + вуглекислий газ
x В2CO3 + y CaCO3 + z SiO2 → (В2O)х . (CaCO)р. (SiO2)z+ (x + y) CO2
У галузях промисловості прийнято додавати в суміш бите скло, яке є засобом переробка скла.
Хоча тут згадуються лише неорганічні речовини, існують також окуляри з органічних та металевих матеріалів.
Аналізуючи цей процес, хтось може подумати, що скло буде рідким, оскільки воно виходить у вигляді однорідної рідини після плавлення в печі. Однак скло не класифікується ні як рідина, ні як тверда речовина, а як некристалічна тверда речовина. Подобається це???
Щоб зрозуміти, давайте порівняємо окуляри з кристалами. Загалом це кристалічні тверді речовини, тобто вони мають структуру, розташування атомів якої є періодичним та симетричним.
Ілюстративне зображення кристалічного твердого тіла із симетричним та періодичним кристалічним розташуванням
З іншого боку, скло не має атомного розташування з симетрією та поступальною періодичністю, але утворене розширеною і випадковою тривимірною мережею, як показано на наступній ілюстрації:
Ілюстративне зображення скляної мережі (некристалічного твердого тіла), де характеризується відсутність симетрії та періодичності
Виходячи з цього, деякі стверджують, що скло є аморфною твердою речовиною. Однак хоча аморфні тверді речовини є і некристалічними твердими речовинами, вони відрізняються від скляних. Хоча скляні скляні переходи, аморфні тверді речовини не мають цього явища.
Таким чином, ми можемо визначити склянки як некристалічні тверді речовини, що мають скляний перехід. Але що таке скляний перехід?
Коли розплавлене скло охолоджується, потрібен певний час, щоб формувальні орієнтації орієнтувались, щоб вони організувались і таким чином утворили кристал. Це явище відбувається в діапазоні температур, який називається скляний перехід. Це діапазон температур, який починається зі структурної релаксації, тобто коли вони починають відбуваються зміни деяких властивостей матеріалу, таких як в'язкість, теплоємність і розширення тепловий.
Таким чином, температура склування визначає перехід від склоподібного стану до в’язкопружного стану. Це стосується матеріалів, які при застосуванні сили реагують пружно, але не миттєво чи постійно. Стан склоподібного тіла відповідає поведінці, при якій, коли ми застосовуємо силу до матеріалу, він не реагує пружно - не деформується - а поглинає та розсіює енергію. Отже, результат є те, що організм руйнується.
Коли це охолодження здійснюється швидко (як у випадку зі склом), агрегати втрачають рухливість до того, як організуються, і кристалізація не відбувається. Це означає що охолодження скла відбувається при температурі нижче температури склування. Якщо температура вища за температуру склування (що характерно для окулярів), матеріал матиме в'язкопружну поведінку.
Дженніфер Фогача
Закінчив хімію
Джерело: Бразильська школа - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/o-vidro-solido-ou-liquido.htm
