Je sklo kapalné nebo pevné?

Pojem sklo je všeobecně známý, ale jeho přesná definice je poměrně obtížná. Tradičně je jako sklo chápáno křemičitanové sklo, což je polymerní materiál skladající se převážně ze strukturních jednotek SiO4. Mezi skla řadíme amorfní, pevné látky, často průhledné.

Podchlazená kapalina (Supercooled Liquid)
Kapalina, která je kapalná, i za teploty nižší, než je její teplota tání. Jde o metastabilní stav kapaliny, stačí malý vnější impuls (např. otřes nebo zrnko nečistot) a kapalina spontánně zkrystaluje. Během krystalizace se uvolní krystalizační teplo.
Sklo
Nerovnovážný, nekrystalický stav látky, který se krátkodobě chová jako pevná látka, ale postupně spěje do kapalného stavu. V běžné řeči rozumíme pod pojmem sklo polymerní síť SiO4 tetraedrů – křemičitanové sklo vzniklé tavbou křemenného písku. Při zahřívání skla pozorujeme tzv. skelný přechod.
Skelný přechod
Reverzibilní přechod, pozorovaný pouze u amorfních látek, mezi pevným, křehkým stavem a viskózní tekutinou. Tento přechod pozorujeme při zahřívání amorfní látky v blízkosti teploty skelného přechodu Tg.

Vědci z Brazílie a USA se pokusili definici zpřesnit, originální článek vyšel v časopise Journal of Non-Crystalline Solids.[1] Na základě studia literatury postulovali tři základní charakteristiky skla.

  1. Struktura skla je nejpodobnější struktuře podchlazené kapaliny, naopak se velmi odlišuje od struktury pevných látek.
  2. Sklo dokáže spontánně téct, stačí na to minimální tlak, často nižší než je působení gravitace. Naopak na deformaci pevné, krystalické látky je nutné vynaložit poměrně velké množství energie, toto množství je nepřímo úměrné teplotě tělesa.
  3. Ve skle, jehož teplota je vyšší než 0 K, probíhají relaxační procesy, které nakonec vedou až ke krystalizaci materiálu. K té může dojít, v závislosti na teplotě, i před úplným zrelaxováním systému.

Z krátkodobého pohledu se vlastnosti skla podobají vlastnostem pevných látek, ale z dlouhodobého pohledu se blíží vlastnostem podchlazené kapaliny. Jako nejpřesnější se jeví následující dvě definice skla:

Glass is a nonequilibrium, non-crystalline state of matter that appears solid on a short time scale but continuously relaxes towards the liquid state.

Glass is a nonequilibrium, non-crystalline condensed state of matter that exhibits a glass transition. The structure of glasses is similar to that of their parent supercooled liquids (SCL), and they spontaneously relax toward the SCL state. Their ultimate fate, in the limit of infinite time, is to crystallize.

Odkazy

  1. The glassy state of matter: Its definition and ultimate fate
  2. Solid or liquid? New definition of glass proposed
  3. Glass should be redefined as a liquid

Napsat komentář