كيف يمكن أن يكون الزجاج سائلاً إذا كان شديد الصلابة؟.. مادة صلبة غير متبلورة

الزجاج ليس سائلًا بالمعنى الدقيق للكلمة.

لكنها أيضًا ليست صلبة قياسية.

إن كيمياء الزجاج معقدة والبحث مستمر، لكن الإجماع الحالي هو أن الزجاج هو مرحلة من المادة بمفردها، تُعرف باسم "مادة صلبة غير متبلورة".

يشير العلماء إلى أي مادة صلبة غير متبلورة على أنها "زجاج".

تعتبر انتقالات الزجاج معقدة للغاية ولا يمكن معالجتها بنفس طريقة انتقالات الطور التقليدية، وفقًا لكتاب "النظارات وانتقال الزجاج" من تأليف إيفان س. جوتسو.

في الكاتدرائيات الأوروبية في العصور الوسطى، يبدو الزجاج غريبًا في بعض الأحيان.

تكون بعض الألواح أكثر سمكًا في الجزء السفلي مما هي عليه في الجزء العلوي.

يبدو أن الزجاج الصلب على ما يبدو قد ذاب. هذا دليل ، كما يقول المرشدون السياحيون، وشائعات الإنترنت وحتى مدرسو الكيمياء بالمدارس الثانوية، على أن الزجاج هو في الواقع سائل.

ولأن الزجاج صلب، فلا بد أنه سائل شديد البرودة.

ومع ذلك، فإن الزجاج ليس في الواقع سائلًا - شديد البرودة أو غير ذلك - ولا مادة صلبة.

إنه مادة صلبة غير متبلورة - حالة في مكان ما بين هاتين الحالتين من المادة.

ومع ذلك، فإن خصائص الزجاج الشبيهة بالسائل ليست كافية لتفسير النوافذ ذات القاع السميك، لأن ذرات الزجاج تتحرك ببطء شديد بحيث لا يمكن رؤية التغييرات.

المواد الصلبة هي هياكل منظمة للغاية.

وهي تحتوي على بلورات، مثل السكر والملح، بملايين ذراتها في صف واحد، كما يوضح مارك إديجر، أستاذ الكيمياء في جامعة ويسكونسن، ماديسون.

ويشير إلى أن "السوائل والنظارات ليس لها هذا الطلب".

على الرغم من أن النظارات أكثر تنظيمًا من السوائل، إلا أنها لا تحقق الترتيب الصارم للبلورات.

يقول إديجر: "غير متبلور يعني أنه لا يحتوي على هذا الترتيب بعيد المدى".

ويضيف أنه مع "مادة صلبة - إذا أمسكت بها، فإنها تحافظ على شكلها".

عندما يتم تصنيع الزجاج، يتم تبريد المادة (التي تحتوي غالبًا على السيليكا) بسرعة من حالتها السائلة ولكنها لا تصلب عندما تنخفض درجة حرارتها إلى ما دون نقطة الانصهار.

في هذه المرحلة، تكون المادة عبارة عن سائل فائق البرودة، وهي حالة وسيطة بين السائل والزجاج.

لتصبح مادة صلبة غير متبلورة، يتم تبريد المادة أكثر، تحت درجة حرارة التزجج.

بعد هذه النقطة، تباطأت الحركة الجزيئية لذرات المادة حتى تتوقف تقريبًا وأصبحت المادة الآن عبارة عن زجاج.

هذا الهيكل الجديد ليس منظمًا مثل البلورة، لأنه لم يتجمد، لكنه أكثر تنظيماً من السائل.

يقول إديجر إنه لأغراض عملية، مثل حمل مشروب، يشبه الزجاج مادة صلبة، على الرغم من كونه غير منظم.

مثل السوائل، يمكن أن تتدفق هذه المواد الصلبة غير المنظمة، وإن كان ذلك ببطء شديد.

على مدى فترات طويلة من الزمن، تتحول الجزيئات المكونة للزجاج من تلقاء نفسها لتستقر في تكوين بلوري أكثر استقرارًا، كما يوضح إديجر.

كلما اقترب الزجاج من درجة حرارة التزجج، زاد انزياحه؛ كلما ابتعدت عن نقطة التحول تلك، كلما تحركت جزيئاتها أبطأ وكلما بدت أكثر صلابة.

ومع ذلك، فإن أيًا كان ما يديره زجاج التدفق، لا يفسر سبب كون بعض النوافذ العتيقة أكثر سمكًا في الجزء السفلي.

لا تشترك النظارات الأخرى، حتى القديمة، في نفس المظهر الذائب.

يقول روبرت بريل، باحث الزجاج العتيق في متحف كورنينج للزجاج في كورنينج، نيويورك، في الواقع، إن الأواني المصرية القديمة لا تحتوي على أي من هذا الترهل، علاوة على ذلك، يجب ألا يتدفق زجاج الكاتدرائية لأنه أقل بمئات الدرجات من درجة حرارة التحول الزجاجي، يضيف Ediger.

يُظهر نموذج رياضي أن زجاج الكاتدرائية في درجة حرارة الغرفة سيستغرق وقتًا أطول مما كان موجودًا في الكون حتى يعيد ترتيب نفسه ليبدو وكأنه ذائب.

ربما يعتمد سبب سمك الزجاج الأوروبي القديم في أحد طرفيه على كيفية صنع الزجاج.

في ذلك الوقت، صنعت نافخات الزجاج أسطوانات زجاجية تم تسويتها بعد ذلك لصنع ألواح زجاجية.

قد لا تكون القطع الناتجة مسطحة بشكل موحد ويفضل العمال الذين يقومون بتركيب النوافذ، لسبب أو لآخر، وضع الجوانب السميكة للجزء السفلي.

يمنحها هذا مظهرًا ذائبًا، ولكن لا يعني أن الزجاج سائل حقيقي.