કાચનું મૂળભૂત જ્ઞાન

કાચની રચના

કાચની ભૌતિક રાસાયણિક ગુણધર્મો માત્ર તેની રાસાયણિક રચના દ્વારા જ નક્કી કરવામાં આવતી નથી, પરંતુ તેની રચના સાથે પણ નજીકથી સંબંધિત છે. માત્ર કાચની રચના, રચના, માળખું અને કામગીરી વચ્ચેના આંતરિક સંબંધને સમજીને, રાસાયણિક રચના, થર્મલ ઇતિહાસ અથવા કેટલીક ભૌતિક અને રાસાયણિક સારવાર પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરીને પૂર્વનિર્ધારિત ભૌતિક રાસાયણિક ગુણધર્મો સાથે કાચની સામગ્રી અથવા ઉત્પાદનો બનાવવાનું શક્ય છે.

કાચની લાક્ષણિકતાઓ

કાચ એ આકારહીન ઘન એક શાખા છે, જે ઘન યાંત્રિક ગુણધર્મો સાથે આકારહીન સામગ્રી છે. તેને ઘણીવાર "સુપર કૂલ્ડ લિક્વિડ" કહેવામાં આવે છે. પ્રકૃતિમાં, ઘન પદાર્થની બે અવસ્થાઓ હોય છે: સારી સ્થિતિ અને બિન સારી સ્થિતિ. કહેવાતી બિનઉત્પાદક સ્થિતિ એ ઘન પદાર્થની સ્થિતિ છે જે વિવિધ પદ્ધતિઓ દ્વારા મેળવે છે અને માળખાકીય વિકૃતિ દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. ગ્લાસી સ્ટેટ એ એક પ્રકારનું બિન-માનક ઘન છે. કાચમાંના અણુઓ ક્રિસ્ટલની જેમ અવકાશમાં લાંબા-અંતરની ગોઠવણી ધરાવતા નથી, પરંતુ તેઓ પ્રવાહી જેવા જ હોય ​​છે અને ટૂંકા અંતરની ક્રમબદ્ધ વ્યવસ્થા ધરાવે છે. કાચ ઘન જેવો ચોક્કસ આકાર જાળવી શકે છે, પરંતુ તેના પોતાના વજન હેઠળ વહેતા પ્રવાહી જેવો નથી. ગ્લાસી પદાર્થોમાં નીચેની મુખ્ય લાક્ષણિકતાઓ છે.

(1) આઇસોટ્રોપિક ગ્લાસી સામગ્રીના કણોની ગોઠવણી અનિયમિત અને આંકડાકીય રીતે એકસમાન છે. તેથી, જ્યારે કાચમાં કોઈ આંતરિક તાણ ન હોય, ત્યારે તેના ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મો (જેમ કે કઠિનતા, સ્થિતિસ્થાપક મોડ્યુલસ, થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંક, થર્મલ વાહકતા, રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ, વાહકતા, વગેરે) બધી દિશામાં સમાન હોય છે. જો કે, જ્યારે કાચમાં તણાવ હોય છે, ત્યારે માળખાકીય એકરૂપતાનો નાશ થશે, અને કાચ એનિસોટ્રોપી બતાવશે, જેમ કે સ્પષ્ટ ઓપ્ટિકલ પાથ તફાવત.

(2) મેટાસ્ટેબિલિટી

કાચ મેટાસ્ટેબલ સ્થિતિમાં હોવાનું કારણ એ છે કે કાચ ઓગળવાના ઝડપી ઠંડક દ્વારા મેળવવામાં આવે છે. ઠંડકની પ્રક્રિયા દરમિયાન સ્નિગ્ધતામાં તીવ્ર વધારો થવાને કારણે, કણોને સ્ફટિકોની નિયમિત ગોઠવણી બનાવવા માટે કોઈ સમય નથી, અને સિસ્ટમની આંતરિક ઊર્જા સૌથી નીચું મૂલ્ય નથી, પરંતુ મેટાસ્ટેબલ સ્થિતિમાં છે; જો કે, કાચ ઊંચી ઉર્જા અવસ્થામાં હોવા છતાં, ઓરડાના તાપમાને તેની ઊંચી સ્નિગ્ધતાને કારણે તે સ્વયંભૂ ઉત્પાદનમાં રૂપાંતરિત થઈ શકતું નથી; માત્ર અમુક બાહ્ય પરિસ્થિતિઓ હેઠળ, એટલે કે, આપણે કાચની સ્થિતિથી સ્ફટિકીય સ્થિતિ સુધીની સામગ્રીના સંભવિત અવરોધને દૂર કરવો જોઈએ, શું કાચને અલગ કરી શકાય છે. તેથી, થર્મોડાયનેમિક્સના દૃષ્ટિકોણથી, કાચની સ્થિતિ અસ્થિર છે, પરંતુ ગતિશાસ્ત્રના દૃષ્ટિકોણથી, તે સ્થિર છે. જો કે તેમાં નીચી આંતરિક ઉર્જા સાથે સ્ફટિકમાં રૂપાંતરિત ગરમીનું સ્વ-પ્રકાશનું વલણ છે, પરંતુ ઓરડાના તાપમાને સ્ફટિક અવસ્થામાં પરિવર્તિત થવાની સંભાવના ઘણી ઓછી છે, તેથી કાચ મેટાસ્ટેબલ સ્થિતિમાં છે.

(3) કોઈ નિશ્ચિત ગલનબિંદુ નથી

ગ્લાસી પદાર્થનું ઘનમાંથી પ્રવાહીમાં પરિવર્તન ચોક્કસ તાપમાન શ્રેણી (પરિવર્તન તાપમાન શ્રેણી) માં કરવામાં આવે છે, જે સ્ફટિકીય પદાર્થથી અલગ હોય છે અને તેનો કોઈ નિશ્ચિત ગલનબિંદુ નથી. જ્યારે પદાર્થ ઓગળવામાંથી ઘનમાં પરિવર્તિત થાય છે, જો તે સ્ફટિકીકરણ પ્રક્રિયા હોય, તો સિસ્ટમમાં નવા તબક્કાઓ રચાશે, અને સ્ફટિકીકરણ તાપમાન, ગુણધર્મો અને અન્ય ઘણા પાસાઓ અચાનક બદલાશે.

જેમ જેમ તાપમાન ઘટે છે તેમ, પીગળવાની સ્નિગ્ધતા વધે છે, અને અંતે ઘન કાચ બને છે. ઘનકરણ પ્રક્રિયા વિશાળ તાપમાન શ્રેણીમાં પૂર્ણ થાય છે, અને કોઈ નવા સ્ફટિકો રચાતા નથી. ગલનથી ઘન કાચમાં સંક્રમણની તાપમાન શ્રેણી કાચની રાસાયણિક રચના પર આધારિત છે, જે સામાન્ય રીતે દસથી સેંકડો ડિગ્રીમાં વધઘટ થાય છે, તેથી કાચમાં કોઈ નિશ્ચિત ગલનબિંદુ નથી, પરંતુ માત્ર નરમ પડતી તાપમાન શ્રેણી છે. આ શ્રેણીમાં, કાચ ધીમે ધીમે વિસ્કોપ્લાસ્ટિકમાંથી વિસ્કોએલાસ્ટિકમાં પરિવર્તિત થાય છે. આ ગુણધર્મની ધીમે ધીમે પરિવર્તન પ્રક્રિયા એ સારી પ્રક્રિયાક્ષમતા સાથે કાચનો આધાર છે.

(4) મિલકત પરિવર્તનની સાતત્ય અને ઉલટાવી શકાય તેવું

કાચી સામગ્રીની ગલન અવસ્થાથી ઘન અવસ્થામાં મિલકત બદલવાની પ્રક્રિયા સતત અને ઉલટાવી શકાય તેવી હોય છે, જેમાં તાપમાન ક્ષેત્રનો એક વિભાગ હોય છે જે પ્લાસ્ટિક હોય છે, જેને "પરિવર્તન" અથવા "અસામાન્ય" પ્રદેશ કહેવાય છે, જેમાં ગુણધર્મોમાં વિશેષ ફેરફારો થાય છે.

સ્ફટિકીકરણના કિસ્સામાં, વળાંક ABCD, t માં બતાવ્યા પ્રમાણે ગુણધર્મો બદલાય છે. તે સામગ્રીનો ગલનબિંદુ છે. જ્યારે ગ્લાસ સુપરકૂલિંગ દ્વારા રચાય છે, ત્યારે abkfe વળાંકમાં બતાવ્યા પ્રમાણે પ્રક્રિયા બદલાય છે. T એ કાચનું સંક્રમણ તાપમાન છે, t એ કાચનું નરમ પડતું તાપમાન છે. ઓક્સાઇડ કાચ માટે, આ બે મૂલ્યોને અનુરૂપ સ્નિગ્ધતા લગભગ 101pa · s અને 1005p · s છે.

તૂટેલા કાચની રચના સિદ્ધાંત

"ગ્લાસ સ્ટ્રક્ચર" એ અવકાશમાં આયનો અથવા અણુઓના ભૌમિતિક રૂપરેખાંકન અને તેઓ કાચમાં બનાવેલા બંધારણનો સંદર્ભ આપે છે. કાચની રચના પરના સંશોધને ઘણા કાચ વૈજ્ઞાનિકોના ઉદ્યમી પ્રયાસો અને શાણપણને સાકાર કર્યો છે. કાચનો સાર સમજાવવાનો પ્રથમ પ્રયાસ જી. તામ્મનની સુપરકૂલ્ડ લિક્વિડ પૂર્વધારણા, જે માને છે કે કાચ સુપરકૂલ્ડ લિક્વિડ છે, કાચ ઓગળવાથી ઘન બનવાની પ્રક્રિયા માત્ર એક ભૌતિક પ્રક્રિયા છે, એટલે કે તાપમાન ઘટવા સાથે, ગતિ ઊર્જાના ઘટાડાને કારણે કાચના પરમાણુઓ ધીમે ધીમે નજીક આવે છે. , અને ક્રિયાપ્રતિક્રિયા બળ ધીમે ધીમે વધે છે, જે કાચની ડિગ્રીમાં વધારો કરે છે, અને અંતે એક ગાઢ અને અનિયમિત ઘન બનાવે છે. પદાર્થ ઘણા લોકોએ ઘણું કામ કર્યું છે. આધુનિક કાચની રચનાની સૌથી પ્રભાવશાળી પૂર્વધારણાઓ છે: ઉત્પાદન સિદ્ધાંત, રેન્ડમ નેટવર્ક સિદ્ધાંત, જેલ સિદ્ધાંત, પાંચ કોણ સમપ્રમાણતા સિદ્ધાંત, પોલિમર સિદ્ધાંત અને તેથી વધુ. તેમાંથી, કાચનું શ્રેષ્ઠ અર્થઘટન ઉત્પાદન અને રેન્ડમ નેટવર્કનો સિદ્ધાંત છે.

ક્રિસ્ટલ થિયરી

રેન્ડેલ એલએ 1930માં કાચની રચનાના ક્રિસ્ટલ સિદ્ધાંતને આગળ ધપાવ્યો, કારણ કે કેટલાક ચશ્માની રેડિયેશન પેટર્ન સમાન રચનાના સ્ફટિકો જેવી જ હોય ​​છે. તેણે વિચાર્યું કે કાચ માઇક્રોક્રિસ્ટલાઇન અને આકારહીન સામગ્રીથી બનેલો છે. માઇક્રોપ્રોડક્ટમાં નિયમિત અણુ વ્યવસ્થા અને આકારહીન સામગ્રી સાથે સ્પષ્ટ સીમા હોય છે. માઇક્રોપ્રોડક્ટનું કદ 1.0 ~ 1.5nm છે, અને તેની સામગ્રી 80% કરતાં વધુ છે. માઇક્રોક્રિસ્ટલાઇનનું ઓરિએન્ટેશન અવ્યવસ્થિત છે. સિલિકેટ ઓપ્ટિકલ ગ્લાસના એનિલિંગના અભ્યાસમાં, લેબેડેવને જાણવા મળ્યું કે 520 ℃ તાપમાન સાથે ગ્લાસ રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સના વળાંકમાં અચાનક ફેરફાર થયો હતો. તેમણે આ ઘટનાને 520 ℃ પર ગ્લાસમાં ક્વાર્ટઝ "માઈક્રોક્રિસ્ટલાઈન" ના સજાતીય પરિવર્તન તરીકે સમજાવ્યું. લેબેડેવ માનતા હતા કે કાચ અસંખ્ય "સ્ફટિકો"થી બનેલો છે, જે માઇક્રોક્રિસ્ટલાઇનથી અલગ છે, "ક્રિસ્ટલ" થી આકારહીન પ્રદેશમાં સંક્રમણ તબક્કાવાર પૂર્ણ થાય છે, અને તેમની વચ્ચે કોઈ સ્પષ્ટ સીમા નથી.