Cam Katı mı Yoksa Sıvı mı? Camın Amorf Yapısı Nasıl Oluşur?
Cam katı mı sıvı mı? Ya da şöyle soralım: Siz hiç vitrin camına çarptınız mı? Veya akışkanlar mekaniği dersi alanlar akışkan madde olarak cam seçildiğini hiç görmüş müdür? Konulduğu kabın şeklini de almıyor ne olacak şimdi? Vitrin camının karşısına geçip milyonlarca yıl bekledikten sonra camın biraz akmaya başladığını fark edip aha da sıvı işte diyebilirsiniz belki. Bu da emin olun ölçülemeyecek kadar küçük bir değişim olacaktır. O kadar zamanı olan var mı? Gelin en iyisi camın katı mı yoksa sıvı mı olduğunu bilimsel açıklamalarla irdeleyelim.
Cam ve Viskozite
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 sıcaklıkta 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. Camın katı mı yoksa sıvı mı olduğu sorusuna da bilim viskoziteyi kullanarak cevap veriyor.
Camın Kristal Yapısı ve Amorf Katı Oluşumu
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.
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.
İlginizi Çekecek İçerik : ‘Süper Malzeme Grafen Nedir? Hangi Alanlarda Kullanılır?’