Az üveges állapot egy anyag szilárd amorf metastabil állapota, amelyben nincs kifejezett kristályrács, a kristályosodás feltételes elemei csak nagyon kis klaszterekben figyelhetők meg (ún. "átlagos sorrendben"). Általában ezek olyan keverékek (túlhűtött kapcsolódó oldat), amelyekben a kristályos szilárd fázis létrehozása kinetikai okokból nehéz.
Az üveget bármilyen amorf szilárd halmazállapotú anyagnak nevezhetjük, de az általánosan elfogadott tudományos és gyakorlati szókincsben az üvegeket megkülönböztetik a szilárd polimerektől, amelyek molekuláik óriási hossza miatt amorf állapotban is léteznek.
Az üveges állapot kifejezés az üvegnek köszönhető , amely egy széles körben használt szervetlen anyag, amely általában amorf, metastabil állapotban van. Jelenleg azonban léteznek más átlátszó anyagok is, például optikai , valamint kristályos és szerves üvegek; és ha az optikai fizikokémiai anyagot teljes értelemben üvegnek nevezhetjük, az utóbbi ebben az értelemben nem tartozik az üvegekhez [1] .
A természetben vannak olyan folyadékok, amelyek normál kísérleti körülmények között lehűtve nem tudnak kristályos állapotba kerülni. Az egyes szerves polimerek molekulái annyira összetettek, hogy nem tudnak szabályos és tömör rácsot alkotni – lehűtve mindig csak üveges állapotba kerülnek [2] . A folyadék "nem kristályosodásának" ritka változata az üveges állapotba való átmenet a T L likvidusz hőmérséklethez közeli vagy annál magasabb hőmérsékleten. A folyadékok túlnyomó többsége T L alatti hőmérsékleten kisebb-nagyobb izotermikus expozíció mellett, de a kísérlet szempontjából ésszerű időtartamon belül mindig kristályos állapotba kerül. Bizonyos kémiai vegyületek folyadékainál nem a T L -t értjük , hanem a kristályok olvadáspontját, de az egyszerűség kedvéért a hiánypontokat ( solidus ) és a kristályosodás kezdetét itt T L -nek jelöljük , függetlenül a kristályok homogenitásától. az anyagot. A folyadékból üveges állapotba való átmenet lehetősége a hűtési sebességnek köszönhető abban a hőmérsékleti tartományban, ahol a legnagyobb a kristályosodás valószínűsége – T L és az üvegesedési tartomány alsó határa között. Minél gyorsabban lehűl az anyag a stabil folyadék állapotából, annál valószínűbb, hogy a kristályos fázist megkerülve üvegessé válik. Bármely anyag, amely üveges állapotba kerülhet, jellemezhető az úgynevezett kritikus hűtési sebességgel - azzal a minimálisan megengedhető sebességgel, amelynél a lehűlés után visszafordíthatóan üveges állapotba kerül. [egy]
Az üveg egyedülálló szerkezete, amely nem szilárd és nem is nagyon viszkózus folyadék, annak eredményeképpen alakul ki, hogy a keményedő üveg atomjainak nincs idejük „megfelelő” pozíciójukat felvenni a kristályban - az egyik szerint a sok hipotézis közül - 20 arcú csoportosításba zárva egymást [3] .
Az anyag az olvadék gyors lehűtésével üveg állapotba vihető át . Ebben az esetben az anyagnak nincs ideje kristályosodni. Az anyagnak általában nem kell tisztának lennie, azaz oldat formájában szennyeződéseket kell tartalmaznia, amelyek megakadályozzák a kristályosodást . Ugyanakkor ismertek bizonyos vegyületek (például szilícium -oxid , bór -oxid , foszfor-oxid ), amelyek szobahőmérsékleten nagyon hosszú ideig képesek üveges állapotban maradni. Mindezek az anyagok magas olvadásponttal rendelkeznek, ami azt jelzi, hogy a molekula egyik egyensúlyi állapotból a másikba történő gyors átmenetéhez nagy aktiválási energiára van szükség. A monoatomos molekulákkal rendelkező tiszta anyagok nem lehetnek sokáig üveges állapotban, még akkor sem, ha magas olvadáspontjuk van ( szén , volfrám ).
Az olvadékban a kristályosodás elsődleges láncszemének ("középpontjának") kialakulása a kristályos és a folyékony fázis közötti határfelület megjelenéséhez vezet, ami a rendszer szabad energiájának növekedésével jár, ami a likvidusz hőmérséklet alatti hőmérsékleten, vagyis a folyékony halmazállapotnak megfelelő, amely termodinamikailag kevésbé stabil, mint a kristályos állapot, egyébként - metastabil - energiával kisebb, mint egy azonos tömegű folyadék szabad energiája. A test méretének csökkenésével a felület és a térfogat aránya növekszik - a kristályosodási középpont kisebb sugara megfelel a fázisszétválasztás megjelenésével járó szabadenergia növekedésének. Minden adott hőmérsékleten metastabil állapotú folyadékra a kristályosodási centrum kritikus sugara a jellemző, amelynél kisebb egy bizonyos térfogatú anyag szabad energiája, beleértve ezt a centrumot is, nagyobb, mint egy anyagtérfogat szabad energiája. azonos tömegű, de középpont nélkül. A kritikus sugárnál ezek az energiák egyenlőek, a kritikusnál nagyobb sugárnál pedig termodinamikailag szabályos a további növekedés. A makroobjektumokra érvényes termodinamika ellentmondásait a következő jelenség szünteti meg: a mikroobjektumok állandó energiaingadozása (az atomszámban viszonylag kicsi) befolyásolja azok belső energiaingadozását egy bizonyos átlagos értékű. A hőmérséklet csökkenésével a "szubkritikus" központok száma nő, ami az átlagos sugaruk növekedésével jár együtt. A termodinamikai tényező mellett a kinetikai tényező befolyásolja a centrumok kialakulásának sebességét: a részecskék egymáshoz viszonyított mozgási szabadsága határozza meg a kristályok képződésének és növekedésének sebességét [1] .
A természetben az üvegek vulkanikus kőzetekből állnak, amelyek gyorsan lehűlnek a folyékony magmától, amikor hideg levegővel vagy vízzel érintkeznek. Néha a meteoritok összetételében üvegek vannak, amelyek a légkörben való mozgás során megolvadtak.
Amikor a közönséges szilikátüveg szerkezetének, összetételének és tulajdonságainak azonosságát sok ásványra sikerült megállapítani, az utóbbi kezdett természetes megfelelőjének fajtáinak minősülni, a keletkezési feltételeknek megfelelően elnevezve: gyorsan lehűtött láva nem kristályosodott származékai. - vulkáni üveg ( habkő , obszidián , pechstein , bazalt stb.), valamint a földi kőzetből kozmikus test becsapódása következtében keletkező üvegek - meteorit (moldavit).
| Az anyag termodinamikai állapotai | |||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Fázis állapotok |
| ||||||||||||||||
| Fázisátmenetek |
| ||||||||||||||||
| Diszpergált rendszerek |
| ||||||||||||||||
| Lásd még | |||||||||||||||||