Stan szklisty

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj

Stan szklistystan skupienia, w którym materia nie posiada uporządkowania dalekiego zasięgu, a jedynie lokalne zagęszczenia materii, zwane mikroobszarami, domenami lub klasterami, tworzące nieregularną więźbę i ograniczające się do objętości o średnicy nieprzekraczającej 20 Å. Z tych powodów promieniowanie rentgenowskie rozproszone na powierzchni ciała w stanie szklistym nie daje efektu interferencyjnego, jak to ma miejsce w przypadku kryształów (dyfrakcja Bragga), i dlatego szkieł nie można identyfikować rentgenograficznie.

Charakterystyka energetyczna struktury ciała szklistego[edytuj]

Cząsteczki znajdujące się w mikroobszarach ułożone są w przybliżeniu w takim porządku, jaki wynika z budowy komórki elementarnej kryształu, jednak odległości pomiędzy molekułami nie są ściśle ustalone, przez co komórka jest zdeformowana. Taki stan rzeczy znajduje odzwierciedlenie we właściwościach szkieł. Molekuły nie znajdują się w miejscach odpowiadających minimum lokalnemu energii. Ponieważ każdy z atomów tworzących szkło nieustannie dąży do tego minimum, stan szklisty nie jest stanem metastabilnym, lecz niestabilnym stanem tak zwanego zamrożonego nieporządku. Porównując energie atomów tworzących regularną komórkę elementarną i zdeformowaną komórkę stanowiącą domenę szkła, można stwierdzić iż atomy budujące kryształ są na poziomie energetycznym niższym niż w szkle.

Reaktywność substancji szklistych[edytuj]

Mniejsza energia wiązań międzyatomowych substancji w stanie szklistym powoduje, że wchodzi ona w reakcje łatwiej niż ta sama substancja w stanie krystalicznym. Przykładem jest zwykłe szkło kwarcowe i piasek kwarcowy. Reakcja hydratacji faz klinkierowych (lub cementowych) z udziałem piasku przebiega wyraźnie wolniej niż w przypadku użycia szkła. Obie substancje zbudowane są z takich samych tetraedrów krzemotlenowych, jednak do zniszczenia struktury krystalicznej kwarcu potrzeba użyć pewnej energii, tak zwanej energii aktywacji, koniecznej do zerwania trwałych wiązań chemicznych. Szkło takiej struktury nie posiada, więc energia aktywacji może być znacznie niższa.

Bardzo często w celu zwiększenia reaktywności chemicznej substancji przeprowadza się ją w stan szklisty. Polega to na gwałtownym obniżeniu energii wewnętrznej, czyli ochłodzeniu cieczy tak, aby cząsteczki nie zdążyły ułożyć się w sieć krystaliczną.

Uzyskiwanie stanu szklistego[edytuj]

O łatwości przechodzenia w stan szklisty decyduje głównie lepkość stopu, a raczej zmiana lepkości w funkcji temperatury. Lepkość większości krzemianów i glinokrzemianów występujących w przyrodzie bardzo się zmienia wraz z temperaturą, wiec stosunkowo łatwo przechodzą one w stan szklisty i można spotkać je w przyrodzie (przykładowo szkliwa wulkaniczne). Dla substancji łatwo przechodzących w szkła wyróżnia się pewne charakterystyczne temperatury:

Lepkość stopu substancji trudno przechodzących w stan szklisty (na przykład metali) prawie się nie zmienia do punktu krystalizacji, dlatego do przeprowadzania metali w stan szklisty trzeba stosować trudne techniki chłodzenia.

Do stanu szklistego można doprowadzić niemal wszystkie substancje krystaliczne topiące się z udziałem fazy ciekłej (niektóre substancje, między innymi dwutlenek węgla i kamfora, przechodzą w stan gazowy z pominięciem fazy ciekłej i odwrotnie – czyli sublimują i desublimują), jeśli szybkość chłodzenia będzie odpowiednia.