زمانی که راجع به پلیمرها بحث میکنیم، حرفی از شیشه هم به میان میآید، خصوصاً وقتی که دربارهی کامپوزیتها صحبت میکنیم. الیاف شیشه اغلب برای تقویت پلیمرها به کار میروند. ولی این چیزی که شیشه نامیده میشود، چیست؟ ما از آن در کنار پلیمرها زیاد استفاده میکنیم، ولی آیا خود شیشه یک پلیمر است؟
پیش از اینکه به این سؤال بپردازیم، بیایید ببینیم که شیشه چیست؟ مرغوبترین شیشه، دارای فرمول شیمیایی SiO2 است. ولی این فرمول شیمیایی گمراه کننده است. این فرمول سریعاً تصوراتی از مولکولهای دی اکسیدسیلیکون کوچک قابل قیاس با دیاکسیدکربن را به ذهن متبادر می کند. با این حال، مولکول دی اکسیدسیلیکون منفرد وجود ندارد.
در عوض، SiO2 در طبیعت اغلب به عنوان جامدی بلورین با ساختاری مانند ساختار سمت چپ، یافت می شود. هر اتم سیلیکونی با چهار اتم اکسیژن پیوند یافته است، البته به صورت چهاروجهی؛ و هر اتم اکسیژنی با دو اتم سیلیکون، دارای پیوند است. زمانی که SiO2 در این شکل بلورین است، آن را سیلیکا می نامیم. شما پیش از این هم سیلیکا را دیده اید. وقتی بلورهای بزرگی از آن وجود داشته باشد، بدان کوارتز می گوییم. بلورهای بسیار کوچک آن را هم شن می نامیم.
با این حال، این سیلیکا، شیشه نیست. باید روی آن عملیاتی انجام گیرد تا تبدیل به شیشه شود. باید آن را حرارت دهیم تا ذوب شود، و سپس با سرعت بسیار بالایی آن را سرد کنیـم. وقتی سیلیکا ذوب میشود، اتمهای اکسـیژن و سیلیکون از ساختار کریستالیشان فرار میکنند. اگر عمل سرد کردن را به آرامی انجام دهیم، اتمها در حین کند شدن حرکتشان، به آرامی پشت سر هم قرار میگیرند و همان چیدمان بلورین را اتخاذ میکنند. (به یاد داشته باشید که گرما در حقیقت همان حرکت تصادفی اتمها و مولکولها است. اتمهای گرم تحرکت زیادی دارند، و اتمهای سرد بسیار کم حرکت میکنند.)
ولی اگر آن را به اندازهی کافی سریع سرد کنیم، به اصطلاح، اتمهای سیلیکا در مسیر خودشان متوقف میشوند. آنها زمانی برای به خط شدن نخواهند داشت، و در هر آرایشی که باشند در همانجا گیر میافتند و ساختاری شبیه به این میسازند:
همانطور که میتوانید ببینید، در این ساختار هیچ نظمی در چیدمان اتمها وجود ندارد. ما موادی نظیر این را آمورف مینامیم. این همان شیشهای است که در ساخت عدسیهای تلسکوپ و مواد مشابه استفاده میشود و خواص نوری بسیار خوبی دارد. اما شکننده است. در مصارف روزانه، ما به چیزی چقرمهتر نیاز داریم. بخش اعظم شیشه از شن درست شده است، و هنگامی که شن را ذوب میکنیم، معمولاً مقداری کربنات سدیم به آن میافزاییم. این کار، شیشهای چقرمهتر به ما میدهد که دارای ساختاری شبیه این است:
این همان شیشهای است که هر روز در ظروف شیشهای و پنجرهها میبینیم، و همان شیشهای است که در مواد کامپوزیتی مورد استفاده قرار میگیرد.
بنابراین آیا شیشه یک پلیمر است؟ معمولاً آن را پلیمر به حساب نمیآورند. چرا؟ ممکن است بگویید به دلیل این که مادهای معدنی است، و پلیمرها معمولاً آلی هستند. اما باید توجه داشته باشیم که پلیمرهای معدنی بسیاری وجود دارند. به عنوان مثال پلیسیلوکسانها یک نمونه از پلیمرهای غیرآلی به حساب میآیند. این مواد خطی، و البته معدنی، ساختاری بسیار شبیه یه شیشه دارند و با این وجود پلیمر محسوب میشوند. نگاهی به یک پلیسیلوکسان بیاندازید:
بنابراین قاعدتاً شیشه را میتوان به عنوان یک پلیسیلوکسان بسیار شبکهای شده در نظر گرفت. ولی معمولاً دربارهی شیشه چنین عنوانی به کار نمیرود. علت این امر شاید به این باشد که حتی در یک سیستم بسیار شبکهای شده، هنوز هم میتوان زنجیرهای پلیمری را ردیابی کرد و آنها را از اتصالات عرضی تمیز داد؛ ولی چنین کاری برای شیشه، بسیار دشوار است.
خیلی بده که باید حتما ساختار بهم بزنیم تا بتونیم به شیشه دست پیدا کنیم بهتر اینه مسیر حرکت پیدا کنیم تمایل اتم ها به بودن در اون شرایط پیدا کنیم و با طراحی تغییر رفتار اتم به شیوه ای که خودمون میخوایم بی نهایت ماده های مختلف از هر ماده ای بسازیم
سلام بسیار عالی
پس می توان علت دارای بار الکتریکی مثبت شدن شیشه رو در اثر مالش وجود Si های سطحی دونست؟
سلام عالی به این ترتیب می شه علت از دست دادن الکترون در شیشه هنگام مالش رو Si های سطحی دونست که الکترون از دست می دن؟
عالی
تشکر مفید بود
| Copyright © ۲۰۰۳ – ۲۰۱۹ Polymer Science Learning Center |
سلام خسته نباشید ممنون از مطالب مفیدتان
ساختار رزین مایع از رزین جامد هست یا برعکس؟
سلام عالی بود اما شیشه از نظر مهندسی وشیمی جزو سرامیک ها دسته بندی میشود
درود بر شما بله دقیقا شیشه جزو سرامیک ها طبقه بندی میشه
خیلی عالی بود