Njohuri bazë për qelqin

Struktura e xhamit

Vetitë fiziko-kimike të qelqit nuk përcaktohen vetëm nga përbërja e tij kimike, por gjithashtu lidhen ngushtë me strukturën e tij. Vetëm duke kuptuar marrëdhëniet e brendshme midis strukturës, përbërjes, strukturës dhe performancës së qelqit, mund të bëhet e mundur të bëhen materiale ose produkte qelqi me veti fiziko-kimike të paracaktuara duke ndryshuar përbërjen kimike, historinë termike ose duke përdorur disa metoda të trajtimit fizik dhe kimik.

Karakteristikat e xhamit

Qelqi është një degë e ngurtës amorfe, e cila është një material amorf me veti të ngurta mekanike. Shpesh quhet "lëng i ftohur super". Në natyrë, ekzistojnë dy gjendje të lëndës së ngurtë: gjendja e mirë dhe gjendja jo e mirë. E ashtuquajtura gjendje joproduktive është gjendja e lëndës së ngurtë e marrë me metoda të ndryshme dhe e karakterizuar nga çrregullimi strukturor. Gjendja e qelqtë është një lloj i ngurtë jo standard. Atomet në qelq nuk kanë rregullim të renditur me rreze të gjatë në hapësirë ​​si kristali, por ato janë të ngjashme me ato të lëngshme dhe kanë rregullim të renditur me rreze të shkurtër. Xhami mund të mbajë një formë të caktuar si një trup i ngurtë, por jo si një lëng që rrjedh nën peshën e vet. Substancat prej qelqi kanë këto karakteristika kryesore.

(1) Rregullimi i grimcave të materialit të qelqtë izotropik është i parregullt dhe statistikisht uniform. Prandaj, kur xhami nuk ka stres të brendshëm, vetitë e tij fizike dhe kimike (si fortësia, moduli elastik, koeficienti i zgjerimit termik, përçueshmëria termike, indeksi i thyerjes, përçueshmëria etj.) janë të njëjta në të gjitha drejtimet. Sidoqoftë, kur ka stres në xhami, uniformiteti strukturor do të shkatërrohet dhe xhami do të tregojë anizotropi, siç është ndryshimi i dukshëm i rrugës optike.

(2) Metastabiliteti

Arsyeja pse xhami është në gjendje metastabile është se xhami fitohet nga ftohja e shpejtë e shkrirjes. Për shkak të rritjes së mprehtë të viskozitetit gjatë procesit të ftohjes, grimcat nuk kanë kohë për të formuar rregullim të rregullt të kristaleve, dhe energjia e brendshme e sistemit nuk është në vlerën më të ulët, por në gjendje metastabile; Megjithatë, megjithëse xhami është në një gjendje më të lartë energjie, ai nuk mund të shndërrohet spontanisht në produkt për shkak të viskozitetit të tij të lartë në temperaturën e dhomës; Vetëm në kushte të caktuara të jashtme, domethënë, ne duhet të kapërcejmë pengesën e mundshme të materialit nga gjendja e qelqtë në gjendjen kristalore, xhami mund të ndahet. Prandaj, nga pikëpamja e termodinamikës, gjendja e qelqit është e paqëndrueshme, por nga pikëpamja e kinetikës, ajo është e qëndrueshme. Edhe pse ka tendencën e vetë-lëshimit të nxehtësisë duke u shndërruar në kristal me energji të brendshme të ulët, probabiliteti i shndërrimit në gjendje kristalore është shumë i vogël në temperaturën e dhomës, kështu që xhami është në gjendje metastabile.

(3) Nuk ka pikë fikse shkrirjeje

Transformimi i substancës së qelqtë nga e ngurtë në të lëngët kryhet në një interval të caktuar të temperaturës (gama e temperaturës së transformimit), e cila është e ndryshme nga substanca kristalore dhe nuk ka pikë shkrirjeje fikse. Kur një substancë shndërrohet nga shkrirja në të ngurtë, nëse është një proces kristalizimi, në sistem do të formohen faza të reja dhe temperatura e kristalizimit, vetitë dhe shumë aspekte të tjera do të ndryshojnë papritur.

Me uljen e temperaturës, viskoziteti i shkrirjes rritet dhe në fund formohet xhami i ngurtë. Procesi i ngurtësimit përfundon në një gamë të gjerë temperaturash dhe nuk formohen kristale të rinj. Gama e temperaturës së kalimit nga xhami i shkrirë në atë të ngurtë varet nga përbërja kimike e qelqit, e cila në përgjithësi luhatet në dhjetëra deri në qindra gradë, kështu që xhami nuk ka pikë shkrirjeje fikse, por vetëm një diapazon të temperaturës zbutëse. Në këtë gamë, qelqi gradualisht shndërrohet nga viskoplastik në viskoelastik. Procesi i ndryshimit gradual të kësaj vetie është baza e xhamit me përpunueshmëri të mirë.

(4) Vazhdimësia dhe kthyeshmëria e ndryshimit të pronës

Procesi i ndryshimit të vetive të materialit qelqor nga gjendja e shkrirjes në gjendje të ngurtë është i vazhdueshëm dhe i kthyeshëm, në të cilin ekziston një seksion i rajonit të temperaturës që është plastik, i quajtur rajoni "transformim" ose "jonormal", në të cilin vetitë kanë ndryshime të veçanta.

Në rastin e kristalizimit, vetitë ndryshojnë siç tregohet në lakoren ABCD, t. Është pika e shkrirjes së materialit. Kur xhami formohet nga superftohja, procesi ndryshon siç tregohet në lakoren abkfe. T është temperatura e tranzicionit të qelqit, t është temperatura e zbutjes së xhamit. Për xhamin oksid, viskoziteti që korrespondon me këto dy vlera është rreth 101pa · s dhe 1005p · s.

Teoria e strukturës së xhamit të thyer

"Struktura e qelqit" i referohet konfigurimit gjeometrik të joneve ose atomeve në hapësirë ​​dhe formuesit e strukturës që ato formojnë në xhami. Hulumtimi mbi strukturën e qelqit ka materializuar përpjekjet e mundimshme dhe mençurinë e shumë shkencëtarëve të qelqit. Përpjekja e parë për të shpjeguar thelbin e qelqit është g. hipoteza e lëngut superftohur të tamanit, e cila thotë se qelqi është lëng i tepërt i ftohur, Procesi i ngurtësimit të qelqit nga shkrirja në të ngurtë është vetëm një proces fizik, domethënë me uljen e temperaturës molekulat e qelqit afrohen gradualisht për shkak të zvogëlimit të energjisë kinetike. , dhe forca e ndërveprimit rritet gradualisht, gjë që bën që shkalla e qelqit të rritet dhe në fund të formohet një substancë e ngurtë e dendur dhe e parregullt. Shumë njerëz kanë bërë shumë punë. Hipotezat më me ndikim të strukturës moderne të qelqit janë: teoria e produktit, teoria e rrjeteve të rastësishme, teoria e xhelit, teoria e simetrisë me pesë kënde, teoria e polimerit etj. Ndër to, interpretimi më i mirë i xhamit është teoria e produktit dhe rrjeti i rastësishëm.

Teoria e kristalit

Randell parashtroi teorinë e kristalit të strukturës së qelqit në vitin 1930, sepse modeli i rrezatimit të disa gotave është i ngjashëm me atë të kristaleve me të njëjtën përbërje. Ai mendonte se qelqi është i përbërë nga material mikrokristalor dhe amorf. Mikroprodukti ka rregullim atomik të rregullt dhe kufi të dukshëm me materialin amorf. Madhësia e mikroproduktit është 1,0 ~ 1,5 nm, dhe përmbajtja e tij përbën më shumë se 80%. Orientimi i mikrokristalinës është i çrregulluar. Në studimin e pjekjes së xhamit optik silikat, Lebedev zbuloi se kishte një ndryshim të papritur në kurbën e indeksit të thyerjes së qelqit me temperaturë 520 ℃. Ai e shpjegoi këtë fenomen si ndryshimin homogjen të kuarcit "mikrokristalor" në xhami në 520 ℃. Lebedev besonte se qelqi përbëhet nga "kristale" të shumta, të cilat janë të ndryshme nga mikrokristaline, Kalimi nga "kristali" në rajonin amorf përfundon hap pas hapi, dhe nuk ka asnjë kufi të qartë midis tyre.