Що таке скло

Не потрібно думати, що під склом у науці мається на увазі тільки
звичайне прозоре віконне або посудне скло. У стеклообразном
стані можна отримати багато речовин. Зовнішніми ознаками це
стан схоже на тверде (обсяг і форма зберігаються), але дальній
порядок в розташуванні частинок відсутня.

Виходячи ж з внутрішнього
будови речовини, треба вважати, що
скло це
рідина, але настільки в’язка, що це властивість змушує її зберігати
свою форму. При нагріванні в’язкість рідин зменшується.

Скло при
нагріванні стає поступово все більш текучим, поки не набуде
і зовнішні ознаки рідини. Ми говоримо, що скло розплавилося.

Але
на відміну від істинного твердого тіла, тобто кристала, неможливо точно
сказати, при якій саме температурі сталося плавлення скла. Властивості його змінюються при нагріванні поступово і безперервно, на відміну
від властивостей кристала. Схема будови молекул кисню, нафталіну і води
Серед молекул газу (А) немає ніякого порядку.
Молекули твердого тіла (Б) підпорядковані дальнього порядку всі молекули
пов’язані спільним ладом.

Молекули рідини (В) підпорядковані ближньому
порядку кожна молекула пов’язана лише з сусідніми молекулами. Всяка в’язка рідина, наприклад гліцерин, при сильному охолодженні
загусає і переходить в склоподібний стан.
Виникає питання: а
чи не можна перевести таку рідину в кристалічний стан? Під
час Вітчизняної воїни в дуже сувору зиму на під’їзних коліях
одного з казанських заводів надовго затрималася цистерна з гліцерином. Коли нарешті цистерну подали під розвантаження, на превеликий подив
працівників заводу, у ній виявилося якесь дивне кристалічна
речовина, зовсім не схоже на гліцерин.

Вчені з інститутів Академії
наук, евакуйованих у той час в Казань, стали досліджувати загадкове
речовина. Виявилося, що за хімічним складом це був гліцерин, але
тільки кристалічний. Отже, гліцерин закристалізувався! Потім в
старих наукових журналах знайшли повідомлення про подібному ж випадку,
що сталося багато років тому. А ось в лабораторії отримати кристали гліцерину ніколи нікому не
вдавалося.

У чому ж тут справа? Виявляється, все в тій же в’язкості. Щоб з рідини утворився кристал, її молекули повинні
вишикуватися, як солдати на параді, в строгому дальньому порядку. Але для
цього кожна молекула повинна рухатися вільно і знайти своє місце в
цьому строю. А в’язкість перешкоджає вільному руху.

Якщо рідина
швидко охолоджувати, то в’язкість її зросте раніше, ніж встигнуть
утворитися кристали. Рідина загусне, замість того щоб
закристалізуватися. Такі рідини, що не перейдуть, незважаючи на низьку
температуру, в кристалічний стан, називають переохолодженими.

Чим більше в’язкість, тим довше рідина може залишатися в
переохолодженому стані. Воду теж можна переохолодити, але в’язкість її
все одно буде невелика, і від будь-якого поштовху вона закрісталлізуется. А
ось гліцерин занадто в’язок, він може залишатися в переохолодженому
стані роками і все ж не закристалізуватися.
Кристал утворюється в насиченому розчині речовини. Кожна молекула прилаштовується в строго визначеному порядку до вже
готової кристалічній решітці.

З кожного речовини утворюються
кристали з властивою йому геометричною формою. Найважче при кристалізації утворитися первісним
зародку кристала, в якому поки лише невелике число молекул
розташувалося в порядку.

Далі утворився зародок росте набагато
легше: адже на його поверхні для кожної наступної молекули є вже
певне місце, куди їй прикріплятися.
Рідкісні випадки
кристалізації гліцерину пояснюються, мабуть, тим, що в середині
великої цистерни охолодження відбувалося дуже повільно (зовнішні шари
діяли як шуба) і там кристалічні зародки встигали
утворитися раніше, ніж в’язкість ставала надто великий.

Вчені й інженери навчилися кристалізувати і звичайне скло. Для цього в розплавлене скло перед застиганням додають речовини,
які легко утворюють зародки кристалізації (наприклад, окис
титану).

Виходить кристалічна скло, яке набагато міцніше
звичайного і може замінювати не тільки будівельні матеріали, але навіть і
метали. Такі кристалічні скла називають кристалами.

Що таке скло?

 

Добавить комментарий