Stan szklisty - Polski Serwis Naukowy

Stan szklisty – stan 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 nie przekraczającej 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). Dlatego szkieł nie można identyfikować rentgenograficznie.

Atom (z gr. ἄτομος atomos: "niepodzielny") – najmniejszy składnik materii, któremu można przypisać właściwości chemiczne. Atomistyczną teorię budowy materii sformułował w roku 1808 John Dalton.

Energia wewnętrzna (oznaczana zwykle jako U lub Ew) w termodynamice – całkowity zasób energii układu stanowiący sumę energii oddziaływań międzycząsteczkowych i wewnątrzcząsteczkowych układu, a także energii ruchu cieplnego cząsteczek oraz wszystkich innych rodzajów energii występujących w układzie.

Energetyczna charakterystyka struktury ciała szklistego

Cząsteczki znajdujące się w mikroobszarach ułożone są w przybliżeniu 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 tzw. "zamrożonego nieporządku". Porównując energie atomów tworzących regularną komórkę elementarną i zdeformowaną komórkę stanowiącą domenę szkła, można stwierdzić iż atomy budujące kryształ są na niższym poziomie energetycznym niż w szkle.

Wiązanie chemiczne według klasycznej definicji to każde trwałe połączenie dwóch atomów. Wiązania chemiczne powstają na skutek uwspólnienia dwóch lub więcej elektronów pochodzących bądź z jednego, bądź z obu łączących się atomów lub przeskoku jednego lub więcej elektronów z jednego atomu na atom i utworzenia w wyniku tego tzw. pary jonowej.

Reakcja chemiczna – każdy proces, w wyniku którego pierwotna substancja zwana substratem przemienia się w inną substancję zwaną produktem. Aby cząsteczka substratu zamieniła się w cząsteczkę produktu konieczne jest rozerwanie przynajmniej jednego z obecnych w niej wiązań chemicznych pomiędzy atomami, bądź też utworzenie się przynajmniej jednego nowego wiązania. Reakcje chemiczne przebiegają z reguły z wydzieleniem lub pochłonięciem energii cieplnej, promienistej (alfa lub beta) lub elektrycznej.

Reaktywność substancji szklistych

Mniejsza energia wiązań międzyatomowych w substancji w stanie szklistym powoduje, że łatwiej wchodzi ona w reakcje niż ta sama substancja w stanie krystalicznym. Przykładem jest zwykłe szkło kwarcowe i piasek kwarcowy. W reakcji hydratacji faz klinkierowych (lub cementu) z udziałem piasku proces hydratacji 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 (tzw. energii aktywacji) potrzebnej na zerwanie trwałych wiązań chemicznych tworzących strukturę kryształu. Szkło takiej struktury nie posiada, więc energia aktywacji może być znacznie niższa.

Lepkość (tarcie wewnętrzne) - właściwość płynów i plastycznych ciał stałych charakteryzująca ich opór wewnętrzny przeciw płynięciu. Lepkością nie jest opór przeciw płynięciu powstający na granicy płynu i ścianek naczynia. Lepkość jest jedną z najważniejszych cech płynów (cieczy i gazów).

Stan skupienia materii – podstawowa forma, w jakiej występuje substancja, określająca jej podstawowe własności fizyczne. Własności substancji wynikają z układu oraz zachowania cząsteczek tworzących daną substancję. Bardziej precyzyjnym określeniem form występowania substancji jest faza materii.

Bardzo często w celu zwiększenia reaktywności chemicznej substancji, przeprowadza się je w stan szklisty. Przeprowadzenie w stan szklisty polega na gwałtownym obniżeniu energii wewnętrznej, czyli po prostu ochłodzeniu cieczy, tak aby cząsteczki nie zdążyły ułożyć się w sieć krystaliczną.

Uporządkowanie dalekiego zasięgu – regularne uporządkowanie cząsteczek, atomów lub jonów w materiałach, występujące w obszarze, którego rozmiar w najdłuższym kierunku jest wielokrotnie większy od rozmiarów porządkujących się cząsteczek. Zwykle przyjmuje się, że uporządkowanie jest dalekozasięgowe, gdy regularne struktury w materiale występują na odległościach nie mniejszych niż 100-200 nanometrów.

Dwutlenek węgla (CO2, nazwa systematyczna: ditlenek węgla lub tlenek węgla(IV)) – nieorganiczny związek chemiczny, tlenek węgla na IV stopniu utlenienia.

Uzyskiwanie stanu szklistego

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 – np. szkliwa wulkaniczne. Dla substancji łatwo przechodzących w szkła wyróżnia się pewne charakterystyczne temperatury, m.in.:

Cement - to hydrauliczne spoiwo mineralne, otrzymywane z surowców mineralnych (margiel lub wapień i glina) wypalonych na klinkier w piecu cementowym a następnie zmielenie otrzymanego spieku z gipsem, spełniającym rolę regulatora czasu wiązania. Stosowany jest do przygotowywania zapraw cementowych, cementowo–wapiennych i betonów. Wykorzystywany jest do łączenia materiałów budowlanych. W zależności od składu klinkieru, sposobu produkcji, cementy dzielą się na:

Promieniowanie rentgenowskie (w wielu krajach nazywane promieniowaniem X lub promieniami X) – rodzaj promieniowania elektromagnetycznego, którego długość fali mieści się w zakresie od 10 pm do 10 nm. Zakres promieniowania rentgenowskiego znajduje się pomiędzy ultrafioletem i promieniowaniem gamma. Znanym skrótem nazwy jest promieniowanie rtg.

temperatura zeszklenia lub inaczej temperatura witryfikacji

temperatura dewitryfikacji

temperatura mięknięcia

Lepkość stopu substancji trudno przechodzących w stan szklisty (np. metali) niemal się nie zmienia aż do punktu krystalizacji. Dlatego do przeprowadzenia metali w stan szklisty trzeba stosować trudne techniki chłodzenia.

Resublimacja (desublimacja) – przejście fazowe, polegające na bezpośrednim przechodzeniu substancji z fazy gazowej (pary) w fazę stałą z pominięciem stanu ciekłego. Resublimacja jest procesem odwrotnym do sublimacji. W wyniku resublimacji wody (pary wodnej) powstaje szron. Resublimacja, w połączeniu z sublimacją lub parowaniem, jest wykorzystywana do oczyszczania lub rozdzielania substancji i otrzymywania jej w postaci drobnych kryształów (jest to m.in. metoda oczyszczania jodu).

Materia – w potocznym rozumieniu ogół obiektywnie istniejących przedmiotów fizycznych poznawalnych zmysłami. W fizyce termin "materia" stosowany jest w kilku różnych, opisanych w artykule znaczeniach.

W stan szklisty można przeprowadzić niemal wszystkie substancje krystaliczne topiące się z udziałem fazy ciekłej (niektóre substancje, np. dwutlenek węgla lub kamfora przechodzą w stan gazowy z pominięciem fazy ciekłej i odwrotnie – sublimacja, resublimacja), jeśli zastosuje się odpowiednią szybkość chłodzenia.

Interferencja (łac. inter – między + ferre – nieść) to zjawisko nakładania się fal prowadzące do zwiększania lub zmniejszania amplitudy fali wypadkowej. Interferencja zachodzi dla wszystkich rodzajów fal, we wszystkich ośrodkach, w których mogą rozchodzić się dane fale. W ośrodkach nieliniowych oprócz interferencji zachodzą też inne zjawiska wywołane nakładaniem się fal, w ośrodkach liniowych fale ulegając interferencji spełniają zasadę superpozycji.

Szkło kwarcowe (szkło krzemionkowe) – szkło o bardzo wysokiej zawartości czystego ditlenku krzemu (w zależności od formy nazywanego również kwarcem lub krzemionką). Szkło kwarcowe różni się od krystalicznego kwarcu brakiem uporządkowania dalekiego zasięgu. Jest jednak materiałem o względnie niewielkiej zawartości fazy amorficznej w stosunku do fazy krystalicznej, czym różni się od krzemionki topionej, która zawiera prawie wyłącznie fazę amorficzną.