Cam Katı mı Sıvı mı? Camın Fiziksel Özellikleri Sizi Şaşırtabilir
Cam, günlük hayatımızda her yerde karşımıza çıkan sıradan bir malzeme gibi görünse de, aslında bilimsel açıdan oldukça sıra dışı bir yapıya sahiptir. ‘Cam katı mı sıvı mı?‘ sorusu, sadece halk arasında değil, bilim dünyasında da ilginç tartışmalara yol açmıştır. Görünüşte katı olan camın aslında nasıl bir yapıya sahip olduğu ve fiziksel özelliklerinin ne anlama geldiği bu makalemizde detaylı bir şekilde incelenmiştir.
Camın Maddenin Halleri Arasındaki Yeri
Maddenin halleri en genel haliyle katı, sıvı ve gaz olmak üzere 3 grupta incelenmektedir. Fakat modern bilim, bunun dışında ara formların da olduğunu ortaya koymuştur. Cam da bu geçiş türlerinden biridir.
Katı maddeler genel olarak atom dizilişlerinin düzenli bir kristal yapıya sahip olduğu maddelerdir. Saf katı maddelerin kristal yapısı ise mutlak sıfır sıcaklığında mükemmel bir düzene sahiptir. Eğer sıcaklık artarsa kristal yapıda da bozulma başlar. Yeterli sıcaklığı bulunan bir ortam oluşturabilirseniz tüm katılar sıvılaşma ve buharlaşma eğilimine sahiptir.
Sıvı maddeler ise düzenli bir yapıya sahip değildir. Atomlar arasındaki boşlukların fazla olması sebebiyle atomların konumu sürekli değişebilmektedir. Bu sebeple sıvılar akışkan bir yapıya sahiptir. Fakat akmaya karşı gösterilen direnç, yani viskozite, sıvılar arasında değişkenlik göstermektedir. Örneğin motor yağının bir kaptan boşalması suya göre daha uzun sürmektedir. Buna göre suyun viskozitesi daha düşüktür. ‘Cam katı mı sıvı mı?‘ sorusuna da bilim viskoziteyi kullanarak cevap veriyor.
Cam belli bir hacme sahip olduğundan ve akmadığından sıvı değildir. Kristal bir yapıya sahip olmadığından klasik bir katı madde de değildir. Bu yüzden cam, cam geçişi adı verilen özel bir durumla tanımlanır. Cam, belirli bir sıcaklıkta sıvıdan katıya doğru geçerken ani bir erime noktası yerine geniş bir geçiş aralığı gösterir. Bu da onu diğer katılardan ayıran önemli bir özelliktir.
Cam Katı mı Sıvı mı?
Cam üretimi yapılırken öncelikle camı oluşturan kuvars gibi hammaddeler sıvı hale geçene kadar yüksek sıcaklıklarda ısıtılmaktadır. Yani moleküllerin komşu moleküllerle arasındaki bağ kopar ve malzeme erime noktasına ulaşır. Bu noktada katı kuvars molekülleri sıvı SiO2 haline gelir. Daha sonra malzeme, donma sıcaklığının altına kadar hızla soğutulur. Artık malzemenin son sıcaklığı donma sıcaklığının altındadır ve akışkanlığı yok denecek kadar azdır. Bu sebeple malzeme katı bir görünüme sahiptir. Fakat camların atom dizilişi, katı maddelerde olduğu gibi düzenli bir kristal yapıda değildir. Bu durumun sebebi camın donmaması ve hızlı bir şekilde aşırı soğumaya maruz kalmasıdır. Bu sırada oluşan SiO2 moleküllerinin enerjisi azalır ve toplanıp düzenli bir kristal yapı haline gelemeden katılaşma tamamlanır.
Günlük yaşamda karşılaştığımız camlar şekillerini koruyan, kırılabilen ve akmayan maddelerdir. Bu yönüyle katı gibi davranırlar. Ancak bilim insanları bu maddelerin klasik kristal katılardan farklı olduğunu belirtir. Sonuç olarak cam, viskozitesinin yüksek olması ve görünüşü sebebiyle katı maddeye, düzensiz kristal yapısı sebebiyle de sıvı maddeye benzer. Bu tür malzemeler amorf katılar olarak sınıflandırılmaktadır. Bu sebeple normal şartlar altında cam için amorf katı ifadesini kullanabiliriz. Günlük hayatımızda kullandığımız lastik, plastik, mum gibi malzemeler de amorf katı maddelere örnektir.
Cam, viskozitesi yüksek bir sıvı özelliği göstermesi sebebiyle akışkan bir malzeme olsa da camın akması veya kristal yapının tekrar düzenli bir hale gelmesi oldukça uzun bir zaman gerektirir. Yine de camın kristal yapısı, bir sıvı molekülüne göre daha düzenli haldedir.
Camın Fiziksel Özellikleri Nelerdir?
- Amorf Yapı : Cam, katı gibi şekil alır fakat iç yapısı sıvıya benzer şekilde düzensizdir. Bu sebeple amorf katı sınıfındadır.
- Saydamlık : Cam, ışığın büyük bir kısmını geçirdiğinden pencere, gözlük, ekran gibi malzemelerde kullanılmaktadır. Farklı katkı maddeleriyle camın rengi ve geçirgenliği değiştirilebilir.
- Kırılganlık : Cam oldukça kırılgan bir yapıya sahiptir. Camın iç yapısında çatlak oluştuğunda bu çatlak hızla yayılır ve cam parçalanır. Güçlendirilmiş camlar (örneğin temperli cam) bu kırılganlığı azaltmak için özel işlemlerden geçirilir.
- Yüzey Sertliği : Cam, çelik gibi bazı metallerden daha sert fakat kırılgandır. Çizilmeye karşı nispeten dayanıklıdır.
- Isı İletkenliği ve Genleşme : Camın ısı iletkenliği düşüktür. Bu sebeple yalıtkan malzeme olarak kullanılmaktadır. Ani sıcaklık değişimlerinde çatlayabilir.
- Elektrik İletkenliği : Elektron hareketi için serbest yol olmadığından elektrik iletmez. Bu özelliği sayesinde yüksek gerilim hatlarında yalıtkan olarak kullanılmaktadır.
- Kimyasal Dayanıklılık : Cam, asit ve bazların çoğuna karşı dayanıklıdır. Bu yüzden laboratuvar ekipmanlarında sıkça kullanılır. Ancak hidroflorik asit gibi bazı kimyasallar camı çözebilmektedir.
İlginizi Çekecek İçerik : Süper Malzeme Grafen Nedir? Hangi Alanlarda Kullanılır?
