۳۰ اردیبهشت ۱۳۹۳
 
نوشته شده توسط : مدیر

شیشه ، مایع نیست

بسیاری از افراد ونیز برخی از آموزگاران علوم بر این باورند که شیشه در گذر زمان جریان می یابند .تصور من نیز به عنوان یک آموزگار تازه کار چنین بود . این موضوع در روزنامه ها و حتی در نشریه های علمی وکتاب های درسی نیز مطرح شده است این نوشتار با باز بینی علت ها ،این موضوع را از نگاهی دیگر پی میگیرند.

شیشه تاریخی : یک راه دستیابی به علت ها در این طرح پشوهشی ، پرسش از کسانی است که با شیشه های عتیقه سرو کار دارند.آیا آنها دیده اند که شیشه در مرکز پنجره ، نازک تر از کناره های آن است؟ آیا توجه کرده اند که زخامت شیشه ی بتری در ته آن بیشتراست ؟
این افراد همواره وبارها مشاهده ی چنین پدیده هایی را رد کرده اند.گیبسون میگوید که صداهاقطعه ی شیشه ای بی مصرف قرون وستا را دیده که نوک آنهازخیم تر بوده است.بنابراین پزیرش این توضیح که هنرمندان قطعه های شیشه را به گونه ی قرارمیدهند که بخش زخیم تر آنهاپایین قرار گیرد ، نیازی به پا فشاری ندارد .

تاکنون هیچ بررسی آماری درباره ی زخامت شیشه های قدیمی یافت نشده است.به نظر نمیرسد که پژوهش گران علاقمند به شیشه ، درپرتوی تجربه هایشان به چنین پژوهشی روی بیاورند. گزارشی از شیشه های مستعمرای درویلیامزبرگ در دست است که چگونگی تهیه ی شیشه های ناهمواری را شرح میدهد که در برخی بخش ها زخامت بیشتری دارند.

جریان دراز مدت شیشه: اگر شیشه جریان قابل درکی را طی چند سده نشان دهد ، پس برخی از شیشه های آتش فشانی جریان قابل توجهی را در دوره های زمین شناسی نشان خواهند داد . شیشه درزسنگ ها وصخره ها رخنه میکند وگلوله هایی هموار تشکیل میدهد.کشف تشکیل این گلوله ها ، دلیل روشنی بروجودجریان شیشه خواهدبود.

اگرچه ممکن است که این جریان کندباشد ، اما چنین رویدادی تاکنون گزارش نشده است . به طور مشابه ، آینه های نجومی هیچ تغییرشکلی را پس از یک سده نشان نمیدهند درحالی که پیش بینی شده بود که تغییر شکل ناشی ازجریان یاد شده ، زیاد و ویرانگر باشد.

جریان درفشار بالا ؟

بریجمن با آزمایش هایی که روی شیشه درفشارهای بالا انجام داد، علت هایی را درپاسخ به پرسش یاد شده ارایه کرد. او دریافت کرد که جریان دوره زمانی کوتاهی با فشرده شدن شیشه وجود دارد،اما پس آن دیگر جریانی در کار نخوهد بود .هنگامی که دیگر جریانی وجود ندارد ،شیشه توانایی فشرده شدن را نخواهد داشت .پس در حالت عادی جریانی وجود ندارد.اما با استفاده از یک نوآرایی ملکولی این پدیده را بهتر میتوان توضیح داد.

جریان سطحی:

یک نمونه جدی از جریان ،در لایه سطحی شیشه که به سرعت سرد شده ،گزارش شده است . هنگامی که شیشه با نوک یک الاس خراش داده میشود ،اثر چندین خراش سطحی بر شیشه مشاهده میشود .یکی از خراش ها روی شیشه ی که به سرعت سرد شده است ،نوعی جریان سطحی را نشان داده است .پیچس توضیح میدهد که :در این جا یک پوسته ی سطحی با ضخامت کم وبیش محسوس وجود دارد که مولکولها را نسبت به جرم بقیه شیشه که با سرعت کمتری سرد شده ، کمتر مقید میکند.هنگامی که شیشه در دمای پایین ،تحت فشار قرار میگیرد،جریان گرانر در این لایه های سطحی بوجود    می آید .تنها وجود اندکی گرما میتواند باعث ازبین رفتن چنین تحرکی شود.اگر این جریان واقعا گرانر و منظم باشد،نتیجه یآن نوعی شیشه است که اگر بتوتن آن را تهیه کرد،در فشار زیاد جزیان خواهد یافت. بهرحال این امر را نمیتوان شامل شیشه ی پنجره های قدیمی یا هر نوع شیشه ی دیگری که اکنون وجود دارد دانست . کارگرانی که با شیشه سر کار دارند میدانند که برای بریدن شیشه باید آن را ازجای خراشی که در زمان کمتر از دو دقیقه ایجاد شده است بکشندوگرنه ترمیم خواهد شد وتوانا یش را برای شکسته شدن از دست میدهد .پیش بینی شده است که علت این امر جریان یافتن شیشه در شیار ایجاد شده است .اما بنظر میرسد که این پدیده مربوط به تشکیل لایه ی آب پوشیده باشدکه در مدت ۵ دقیقه ایجاد میشود .

اندازه گیری گران روی شیشه سرد:

شایعه شده است که گرانروی شیشه سرد اندازه گیری شده است . اما من هیچ مرجعی در این زمینه نیافتم وهیچ کس نیز مدرکی مبنی براین اندازه گیری در دست نداشت .

به طور عملی باید اندازه گیری جریان، در برابر زمینه ی بسیار بزرگ ترازتغییر شکل غیر کشسان انجام گیرد ودر این راستا بایدایجاد در ساختار میکروسکوپی شیشه در نظر گرفته شودبه نظرمن انجام این کار با فناوری امروزی ممکن نیست با نگاهی به روش های گوناگون تعیین گرانروی شیشه در می یابیم که هیچ یک از این روش ها برای بیش از pas10سودی ندارد ومقادیر بسیار بزرگتر گزارش شده برای شیشه ی سرد ،احتمالا باید از راه برون یابی نظری به دست آمده باشند .

با استفاده از فناوری امروزی نمیتوان از راه اندازه گیری گران روی دلیلی برای جریان شیشه ی سرد پیداکرد. همچنین مدرکی مبنی بر پذیرش این باور وجود ندارد که بتوان در آینده ی نزدیک به کمک یک فناوری حساس و مناسب ، گرانروی را اندازه گیری کرد.

فراسرد سازی: اغلب شیشه را یک مایع فرا سرد شده می پندارند هنگامی که رفته رفته شیشه ی مذاب سرد میشود در دمای تبدیل شیشه به خود حالت شیشه ی میگیرداین دما متناسب با سرعت سردشدن شیشه تغییر میکند به طوری که ممکن است جسم در دمای معین مایع باشد در حالی که شرایط دیگر حالت شیشه داشته باشد به چنین مایعی ، مایع فرا سرد شده میگویند . تشکیل شیشه در دمای پایین تر ازدمای حالت فرا سرد بودن آن ، رویی میدهد .با برون بابی ساده ای از ویژگی های شیشه ی مذاب ،تا رسیدن آن به مرحله ی تبدیل شدن به شیشه ،میتوان به ویژگی های مایع فرا سرد شده پی برد در فرایند تبدیل شیشه سرعت تغییر بیشتر خواص فیزیکی ،باتغییر دما،دستخوش یک حالت گذار تند میشودبه ویژه در نمودار های نمایش کشیدگی ، ظرفیت گرمایی و تغییرات انتروپی بر حسب دما ، شیب تندی وجود دارد . افزون بر خواص قابل اندازه گیری که کارگران با آنها آشنایی دارند ،از نظر خواص یاد شده در بالا فشیشه ی سرد با مایع فرا سرد شده تفاوت قابل توجهی دارد .

تغییر شکل: به هنگام فشردگی ، شیشه از یک تغییر شکل کشسان میانی میگذرد که پیامد آن یک تغییر شکل غیر کشسان ملایم است . هنگامی که دیگر فشاری روی شیشه وجود نداشته باشد، شیشه به حالت آغازین خود باز میگردد از آن جا که سرعت بازگشت غیر کشسان کم است ، گاه این رویداد با تغییر شکل دایمی شیشه اشتباه گرفته میشود و آن را دلیلی بر جریان یامایع بودن شیشه میدانند .اما آزمایش های کلاسیک اسپنسرنشان میدهد که این ادعا بی اساس است.قدیمی ترین اثر درباره ی این نوع پدیده ، به طور آشکار بیانی از استوالد در سال ۱۸۹۳است ، به این ترتیب که لوله ی شیشه ا ی باید به طور صاف و خوابیده نگهداری شود وگرنه شیشه به طور پیوسته خمیده میشوداما در ادامه کار رایلی و پژوهش گران دیگر نشان میدهد که این گفته واقعیت ندارد.

بلوری شدن (خارج کردن از حالت شیشه)

این باور نیز به طور گسترده وجود دارد که شیشه در طول تاریخ،به طور خود به خود بلوری می شود. به تازگی ، دریک نوشتارعلمی ، تصویری از یک جام شیشه ای مصری با قطعه هایی سفید رنگ اورده شده است که انها را نتیجه ی بلوری شدن آغازین دانسته اند.به هر حال، از بین رفتن شیشه به علت حمله ی اب یا بخار اب است. این نمونه ها پوسته هایی از سیلیس ابپوشیده هستند که به شکل سطحی سفید رنگ روی شیشه به نظر میرسند. این فرایند ممکن است به وسیله ی عملکرد شیمیایی دیگری هم چون شست و شوی یون های فلزی یا حمله ی کربن دی اکسید،باعث نابودی بیشتر شیشه شود واثر های ناشی از نابودی ، به صورت پوسته یا حفره هیی به جا گذاشته شود. کشف شده است که اگر به مدت چندماه رطوبت هوای موزه ها به دقت کنترل نشود،شیشه های نمایشی موجود در موزه ها دچار اندکی تغییر شکل ونابودی می شوند. این فرایند در مدت عمر زمین، شیشه ی انشفشانی را سنگ مروارید که یک هیدرات شیری از رنگ شیشه ی اغازی است، تبدیل می کند.

یک آزمایش بهتر درطول عمر زمین، بررسی شیشه در کره های دیگر، دور از محیط زمین و بدون وجود هوا کرهاست ؛ یعنی آزمایش در شرایطی که خورده گی و پوسیدگی شیشه را به دنبال نداشته باشد . ذره های شیشه در ماه، دارای حفره ها و شیار های میکروسکوپی هستند که به نظر می رسد نتیجه برخورد سنگ های آسمانی بسیار ریز بر سطح شیشه باشند. اما نمونه ای از شیشه که پس از سرد شدن، بلوری شده باشد ، گذارش نشده است. شاید آزمایش بلورشناسی در آینده ، ریز بلوری شدن هایی را نشان دهد ک خود دلیلی بر بلوری شدن ملایم در شرایط زمینی است.

چنین احتمالی توسط نای و نایر به طور نظری داده شده است. محاسبه های انها نشان می دهد که در مناسب ترین شرایط و در مدت زمان ۱۰۶تا۱۰۱۷سال، بلوری شدن نمی تواند به کسری از حجم به مقدار ۶-۱۰ و در مدتی کمتر از ۱۰۰۰سال برسد نیوتون بانقل قول از این افراد بر این باور است که انها زیر بلورهایی را با انداره nm20 در شیشه های قرون وسطا یافته اند ، اما توضیح میدهد که «به هر حال، اگر همچنین باشد ، سرعت آن به قدری کم است که قابل چشم پوشی است.» گذارش دیگری از این ریز بلور هادرشیشه های عتیقه داده نشده است.همچنین نای و نایر از قول بسبرودوف می گویند که آبسیدین –نمونه ای از شخره های شیشه مانند سیاه رنگ- ظرفیته تشکیل بلور فراوانی دارد، درحالی که تکتیک چنین نیست. برای توجیح این واقعیت ، آنها به بیشتر بودن غلظت گروه های OHدر آبسیدین ، که خود به علت وجود آب به میزان ۱۰۰برابر تکتیک است، توجه کردن .اگر بلوری شدن به حضور آب وابسته باشد، ممکن است بلور ها بیشتر به سنگ ملوارید تبدیل شوند تابه شیشه بلوری. چنین بلور های ریزی در علم شیشه قابل توجه خواهند بود. اما با اسیب های مشاهده شده در شیشه های قدیمی ارتباطی ندارد .

ساختار شیشه :

باور مایع بودن شیشه ، بیشتر با این ادعا پشتیبانی میشود که ساختار ملکولی شیشه مانند یک مایع، از نوعی بی نظمی برخوردار است. در واقع شیشه دارای شماری از حالت هایی است که کمترین انتروپی را دارند. ابن حالت ها در اثر دما،فشار یا کشیدگی به یک دیگر تبدیل میشوند.یک نمونه ی آشنا از چنین تبدیلی تابکاری است .اگر شیشه ی مایع به سرعت سرد شود، در یک نوع آرایش مولکولی ناپیدار به جامعه تبیل میشود وممکن است به طور خود به خودبشکند. دمنده های شیشه این حالت را به حالت پایدار تر تبدیل میکند. برخی باور دارند ،این واقعیت که شیشه ها

جامدهایی شکننده در دماهای پایین تر از دمای تبدیل شیشه هستند ، اشاره به این موضوع است که آرایش ذره ها به شکل مایعی که در دمای پایین تر از T(دمای گذار شیشه ی )سرد میشود،انجام میگیرد و این مایع با نقطه ی در فضای پیکر بندی در نزدیکی کمترین انرژی پتانسیل این فضا،توصیف میشود. در غیر این صورت ،سیستم در جهتی که نیروهای کلی غیر متوازن حکم میکنند ،پیش میرود و انواع دیگری از جریان ها روی میدهند.بدون توجه به انواع شیشه های کلیساهای قرون وسطا ،این حالت در سیستم های شیشه ای که در دمای پایین تر از نصف دمای تبدیل شیشه قرار دارند، حتی در مقیاس مدت عمر زمین روی نمی دهد.

شیشه ها به جای داشتن یک آرایش بی شکل ،برای نمونه به تصویر ضعیفی از یک ساختار بلوری سه بعدی می پردازند این حالت آنچنان از نظر انرژی نامناسب است که به دشواری میتواند با شکل بی نظم آن رقابت کند.نمودارهایی نشان داده شده اند که با آرایش شش گوشه ای منظم از سیلسی بلورین که نظم کمتری نسبت به آرایش های چند گوشه ای متصل به هم با ذره های شیشه در اندازه های متفاوت دارند ،سازگاری ندارد .شیشه با چنین آرایشی به همان سختی سیلیس است ، اماشایداز نظر ترمودینامیکی ناپایدارتر باشد.

نتیجه چیست:آیا شیشه مایعی است که باید به توانایش برای جریان یافتن وابسته باشد ،یا میتواند به طور خود به خود، یک چهره بندی جدید را با انرژی ثابت را بپذیرد؟این موضوع به صورت تجربی با نظری ثبت شده است . بنابرین با این ادعا که شیشه سرد یک مایع است ، نظری نادرست تلقی شود .

دانش آموزان نباید بیاموزند که شیشه یک مایع است زیرااین امرباعث ایجادیک مفهومذهنی به دورازواقعیت درآن هامیشود.این تصورمارابرآن می داردکه بی اختیاربه استدلال های نادرستی ماننداین که شیشه پس ازگذشت زمان کافی وطولانی جریان میابدیابلوری می شود بپردازیم .

حتی اگردلیل معقولی کشف شودکه شیشه دربرخی حالت های اسرارآمیزمایع است،این امربیش ازآن که باعث روشن شدن افکارشود،میتواندسبب مخدوش شدن آن ها شود.

شیشه،جامدی سخت است که نظم ملکولی آن نیست به یک بلورازدرجه ی پایین تریبرخورداراست انتروپی بیشتر، امانسبت به یک مایع نظم ملکولی بیشتری دارد انتروپی کم تر.

توجه : ثابت شده است که شیشه ی آتشفشانی  نسبت به شیشه های عتیقه،سلیس بیشتری داردوبنابرینازگرانروی بیش تروجریان ملایم تربرخورداراست وحتی دردوره های تغییرزمین دچارتغییرشکل نمی شود.درواقع دانسته های موجود،این گفته راتاییدنمی کنند.باتوجه به جدول ها،مقدارسلیس درانواع شیشه های زمینی از۳۵تا۷۶درصدتغییرنشان میدهد.درحالی کهسلیس درشیشه های عتیقه از۵۰تا۷۵درصدمتفاوت است.



:: موضوعات مرتبط : شیمی
:: برچسب ها :
تاریخ انتشار : سه شنبه, ۳۰ اردیبهشت ۱۳۹۳ | بدون دیدگاه
 

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *



 
   
گرچه خسته ام گرچه دلشکسته ام بازهم گشوده ام درى به روى انتظارتابگويمت هنوزهم به آن صداى آشنا اميدبسته ام. اى توصاحب زمان! اى توصاحب زمين! دل جداز يادتوآشيانه اى خراب وبى صفاست يادسبزوروح بخش تو يادلطف بى نهايت خداست کوچه باغ سينه ام اى گل محمدى به عطرنامت آشناست آنکه درپى تونيست کيست؟ آنکه بى بهانه توزنده است درکجاست؟ صبحگاه جمعه هاآفتاب ياد توز «ندبه»هاى ماطلوع مى کند.آنکه شب پس ازدعابا سروداشتياق ونغمه اميدبادلى سفيدخواب رفته است روز رابه شوق ديدنت شروع مى کند.اى تومعنى اميدوآرزو!اى براى انتظار عاشقانه آبرو!عشقهاى پاک درميان خنده هاوگريه هاى عاشقان پيش عصمت الهى ات خضوع مى کند. اى بهانه اى براى زيستن! اشتياق همچوسبزه بهاره هرطرف دميده است.جمکران جلوه اى ازانتظاروشوق ماست اى بهارجاودان اى بهارآفرين مادرانتظارمقدم توييم اى اميد آخرين!