Staklo

S Wikipedije, slobodne enciklopedije
Kugla od stakla

Staklo je nekristalna, često prozirna, amorfna čvrsta supstanca koja ima široku praktičnu, tehnološku i dekorativnu upotrebu u, na primjer, prozorskim staklima, posuđu i optici. Staklo se najčešće formira brzim hlađenjem (gašenjem) rastaljenog oblika; neka stakla kao što je vulkansko staklo se javljaju u prirodi. Najpoznatiji i istorijski najstariji tipovi proizvedenog stakla su "silikatna stakla" zasnovana na hemijskom spoju silicijum dioksida, primarnog sastojka pjeska. Soda-vapneno staklo, koje sadrži oko 70% silicijum dioksida, čini oko 90% proizvedenog stakla. Termin staklo, u popularnoj upotrebi, često se koristi samo za ovu vrstu materijala, iako stakla bez silicijevog dioksida često imaju poželjna svojstva za primjenu u modernoj komunikacijskoj tehnologiji. Neki predmeti, kao što su čaše za piće i naočare, toliko su često napravljeni od stakla na bazi silikata da se jednostavno nazivaju imenom materijala.

Zbog svojih karakteristika, staklo je relativno čvrsto, inertno, prozirno i biološki neaktivno, a ima vrlo široku upotrebu u današnjem vremenu. Uprkos tome što je krhko, ukopano silikatno staklo će preživjeti vrlo duge periode ako se ne uznemirava, a postoje mnogi primjeri fragmenata stakla iz ranih kultura pravljenja stakla. Arheološki dokazi sugerišu da pravljenje stakla datira najmanje 3.600 godina p. n. e. u Mezopotamiji, Egiptu ili Siriji. Najraniji poznati stakleni predmeti bile su perle, koje su možda nastale slučajno tokom obrade metala ili proizvodnje fajanse. Zbog svoje lakoće oblikovanja u bilo koji oblik, staklo se tradicionalno koristi za posude, kao što su zdjele, vaze, boce, tegle i čaše za piće. U svojim najčvršćim oblicima, također se koristio za tegove za papir i klikere. Staklo se može bojiti dodavanjem soli metala ili oslikavati i štampati kao emajlirano staklo. Svojstva prelamanja, refleksije i transmisije stakla čine staklo pogodnim za proizvodnju optičkih leća, prizmi i optoelektronskih materijala. Ekstrudirana staklena vlakna imaju primjenu kao optička vlakna u komunikacijskim mrežama, termoizolacijski materijal kada su matirana kao staklena vuna kako bi zadržala zrak, ili u plastici ojačanoj staklenim vlaknima (fiberglass).

Mikroskopska struktura[uredi | uredi izvor]

Standardna definicija stakla (ili staklastog tijela) je čvrsta supstanca nastala brzim gašenjem taljenja.[1][2][3][4] Međutim, pojam "staklo" se često definiše u širem smislu, kako bi se opisala bilo koja nekristalna (amorfna) čvrsta supstanca koja pokazuje stakleni prijelaz kada se zagrije u tečno stanje.[4][5]

Staklo je amorfna čvrsta materija. Iako struktura stakla na atomskom nivou dijeli karakteristike strukture prehlađene tekućine, staklo pokazuje sva mehanička svojstva čvrste tvari.[6][7][8] Kao i u drugim amorfnim čvrstim materijama, atomskoj strukturi stakla nedostaje periodičnost dugog dometa uočena u kristalnim čvrstim materijama. Zbog ograničenja hemijske veze, stakla posjeduju visok stepen reda kratkog dometa u odnosu na lokalne atomske poliedre.[9] Ideja da staklo teče u značajnoj mjeri tokom dužeg vremenskog perioda nije podržana empirijskim istraživanjem ili teorijskom analizom (vidi viskoznost u čvrstim tvarima). Iako se u staklu može izmjeriti viskozitet materijala reda 1017–1018 Pa, tako visoka vrijednost pojačava činjenicu da staklo ne bi značajno promijenilo oblik čak ni u velikim vremenskim periodima.[5][10]

Formiranje iz prehlađene tečnosti[uredi | uredi izvor]

Za gašenje taline, ako je hlađenje dovoljno brzo (u odnosu na karakteristično vrijeme kristalizacije) tada se sprječava kristalizacija i umjesto toga se neuređena atomska konfiguracija prehlađene tekućine zamrzava u čvrsto stanje na Tg. Sklonost materijala da formira staklo dok se gasi naziva se sposobnost stvaranja stakla. Ova sposobnost se može predvidjeti teorijom krutosti.[11] Općenito, staklo postoji u strukturno metastabilnom stanju u odnosu na svoj kristalni oblik, iako u određenim okolnostima, na primjer u ataktičkim polimerima, ne postoji kristalni analog amorfne faze.[12]

Staklo se ponekad smatra tekućinom zbog nedostatka faznog prijelaza prvog reda[7][13] gdje su određene termodinamičke varijable kao što su volumen, entropija i entalpija diskontinuirane kroz raspon staklene tranzicije. Staklena tranzicija se može opisati kao analogna faznoj tranziciji drugog reda gdje su intenzivne termodinamičke varijable kao što su toplinska ekspanzivnost i toplinski kapacitet diskontinuirane, međutim to je netačno.[2] Teorija ravnoteže faznih transformacija ne važi za staklo, pa se stakleni prelaz ne može klasifikovati kao jedna od klasičnih ravnotežnih faznih transformacija u čvrstim materijama.[4][5] Nadalje, ne opisuje temperaturnu ovisnost Tg o brzini zagrijavanja, kao što je pronađeno u diferencijalnoj skenirajućoj kalorimetriji.

Pojave u prirodi[uredi | uredi izvor]

Staklo se može prirodno formirati iz vulkanske magme. Obsidijan je uobičajeno vulkansko staklo sa visokim sadržajem silicijum dioksida (SiO2) koji nastaje kada se felzična lava ekstrudirana iz vulkana brzo ohladi.[14] Impactit je oblik stakla koji nastaje udarom meteorita, gdje su značajni primjeri moldavit (koji se nalazi u srednjoj i istočnoj Evropi) i libijsko pustinjsko staklo (nalazi se u područjima istočne Sahare, pustinjama istočne Libije i zapadnog Egipta).[15] Vitrifikacija kvarca se također može dogoditi kada munja udari u pijesak, formirajući šuplje, razgranate strukture nalik korijenu koje se nazivaju fulguriti.[16] Trinitit je staklasti ostatak nastao od pijeska pustinjskog poda na poligonu za testiranje nuklearne bombe Trinity.[17] Edeowie staklo, pronađeno u Južnoj Australiji, pretpostavlja se da potječe od pleistocenskih pašnjačkih požara, udara groma ili hiperbrzinskog udara jednog ili više asteroida ili kometa.[18]

Proizvodnja[uredi | uredi izvor]

Čisti silicijum dioksid ima tačku topljenja na oko 2000˚C te bi bilo jako neekonomično taliti ga na toj temperaturi. Prilikom proizvodnje stakla dodaju se sljedeće dvije tvari koje olakšavaju izradu stakla:

Dodavanjem sode snižava se tačka topljenja na oko 1000˚ C, no isto tako njegovim dodavanjem staklo postaje topivo u vodi. Zbog toga u već otopljeno staklo dodaje se kalcijum oksid koji vraća staklu njegovu netopivost u vodi. Pojednostavljeno rečeno staklo se proizvodi od kamenja, što zapravo i jeste silicijum dioksid.

Upotreba[uredi | uredi izvor]

Staklo se upotrebljava u mnogim područjima: građevini, za prehranu, izradu instrumenata, elektronike, ukrasnih predmeta itd. Iako se staklo proizvodilo od vremena starih Sumerana i Egipćana, staklo je bio skupocjen materijal i to sve do sredine 20. vijeka nakon čega staklo postaje iznimno jeftin i široko upotrebljavan materijal.

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ ASTM definition of glass from 1945
  2. ^ a b Zallen, R. (1983). The Physics of Amorphous Solids. New York: John Wiley. str. 1–32. ISBN 978-0-471-01968-8.
  3. ^ Cusack, N.E. (1987). The physics of structurally disordered matter: an introduction. Adam Hilger in association with the University of Sussex press. str. 13. ISBN 978-0-85274-829-9.
  4. ^ a b c Scholze, Horst (1991). Glass – Nature, Structure, and Properties. Springer. str. 3–5. ISBN 978-0-387-97396-8.
  5. ^ a b c Elliot, S.R. (1984). Physics of Amorphous Materials. Longman group ltd. str. 1–52. ISBN 0-582-44636-8.
  6. ^ Neumann, Florin. "Glass: Liquid or Solid – Science vs. an Urban Legend". Arhivirano s originala, 9. 4. 2007. Pristupljeno 8. 4. 2007.
  7. ^ a b Gibbs, Philip. "Is glass liquid or solid?". Arhivirano s originala, 29. 3. 2007. Pristupljeno 21. 3. 2007.
  8. ^ "Philip Gibbs" Glass Worldwide, (maj/juni 2007), str. 14–18
  9. ^ Salmon, P.S. (2002). "Order within disorder". Nature Materials. 1 (2): 87–8. doi:10.1038/nmat737. PMID 12618817. S2CID 39062607.
  10. ^ Vannoni, M.; Sordini, A.; Molesini, G. (2011). "Relaxation time and viscosity of fused silica glass at room temperature". Eur. Phys. J. E. 34 (9): 9–14. doi:10.1140/epje/i2011-11092-9. PMID 21947892. S2CID 2246471.
  11. ^ Phillips, J.C. (1979). "Topology of covalent non-crystalline solids I: Short-range order in chalcogenide alloys". Journal of Non-Crystalline Solids. 34 (2): 153. Bibcode:1979JNCS...34..153P. doi:10.1016/0022-3093(79)90033-4.
  12. ^ Folmer, J.C.W.; Franzen, Stefan (2003). "Study of polymer glasses by modulated differential scanning calorimetry in the undergraduate physical chemistry laboratory". Journal of Chemical Education. 80 (7): 813. Bibcode:2003JChEd..80..813F. doi:10.1021/ed080p813.
  13. ^ Loy, Jim. "Glass Is A Liquid?". Arhivirano s originala, 14. 3. 2007. Pristupljeno 21. 3. 2007.
  14. ^ "Obsidian: Igneous Rock – Pictures, Uses, Properties". geology.com.
  15. ^ "Impactites: Impact Breccia, Tektites, Moldavites, Shattercones". geology.com.
  16. ^ Klein, Hermann Joseph (1881-01-01). Land, sea and sky; or, Wonders of life and nature, tr. from the Germ. [Die Erde und ihr organisches Leben] of H.J. Klein and dr. Thomé, by J. Minshull.
  17. ^ Giaimo, Cara (30. 6. 2017). "The Long, Weird Half-Life of Trinitite". Atlas Obscura (jezik: engleski). Pristupljeno 8. 7. 2017.
  18. ^ Roperch, Pierrick; Gattacceca, Jérôme; Valenzuela, Millarca; Devouard, Bertrand; Lorand, Jean-Pierre; Arriagada, Cesar; Rochette, Pierre; Latorre, Claudio; Beck, Pierre (2017). "Surface vitrification caused by natural fires in Late Pleistocene wetlands of the Atacama Desert". Earth and Planetary Science Letters. 469 (1. 7. 2017): 15–26. Bibcode:2017E&PSL.469...15R. doi:10.1016/j.epsl.2017.04.009. S2CID 55581133.

Vanjski linkovi[uredi | uredi izvor]