آیا شیشه یک پلیمر است؟

کلمات کلیدی:
آمورف، بلور


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.

10 دیدگاه

  1. 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

  2. فاطمه حسینی

    سلام بسیار عالی
    پس می توان علت دارای بار الکتریکی مثبت شدن شیشه رو در اثر مالش وجود Si های سطحی دونست؟

  3. فاطمه حسینی

    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؟