Ich weiß, dass es den berühmten Prozess gibt, Material zu erhitzen und in Glas umzuwandeln. aber was ich nicht weiß ist, was ist der chemische Prozess der Herstellung von Glas? Ist es Kristallisation?
Wie könnte es zu so vielen visuellen Unterschieden kommen?
Wie beschreibt man solch einen radikalen Prozess?
Ist es Kristallisation?
Sie haben Recht. Der Hauptunterschied besteht darin, dass Sand kristallin ist und Glas nicht - es ist amorph.
Die Hauptkomponente (> 95%) des üblichen gelben Sandes ist Quarz (das Mineral, dessen Zusammensetzung SiO 2
Glas, die Art, die Sie in Ihrem Alltag sehen, besteht dagegen nicht aus reinem SiO 2 sub>. Es enthält eine Reihe anderer Zusatzstoffe wie Na, K, B und andere. Dies geschieht, um die Eigenschaften des Glases zu verändern und es für den menschlichen Gebrauch besser geeignet zu machen. Für unsere Diskussion spielt es jedoch keine große Rolle.
Wenn sie also aus demselben Material bestehen, warum dann der Unterschied? Die Antwort ist Abkühlrate. Wenn Sie geschmolzenes SiO 2 langsam genug abkühlen, haben die Atome genug Zeit, um sich in einer kristallinen Struktur zu organisieren. Im Fall von reinem SiO 2 ist dies ein Netzwerk von SiO 4 -Tetraedern: Ein Siliciumatom, umgeben von vier Sauerstoffatomen. Wenn es zu schnell abkühlt, bildet sich keine kristalline Struktur. Es kann vollständig amorph sein oder sich zu einer submikroskopischen Anordnung von SiO 2 -Kristallen in verschiedenen Strukturen (z. B. CT-Opal) formen
Was bestimmt die Abkühlrate? Bei Glas ist es nur eine Frage von Minuten. Sie haben gesehen, wie Glas hergestellt wurde: Das Glas ist geschmolzen und verfestigt sich sehr schnell zu einem Feststoff. Im Gegensatz dazu besteht der größte Teil des Quarzsandes aus Bruchstücken von Steinen, die als Granit bezeichnet werden. Diese Gesteinsart enthält reichlich Quarz und bildet sich tief im Untergrund (wie in 10 Kilometern) mit sehr langsamen Abkühlraten. Während ein Glasmacher sein Glas nehmen und in der Atmosphäre oder im Wasser abkühlen lassen kann, ist geschmolzenes Silikatmagma ("Glas") tief in der Erde von Steinen umgeben, die Hunderte von Grad haben. Diese langsame Abkühlung erleichtert die Kristallisation des SiO 2 zu Quarz anstelle von Glas. Wie langsam ist das? Mindestens zehn Jahre, häufiger Hunderte oder sogar Tausende von Jahren. Dies ist viel langsamer als die Sekunden und Minuten bei der Glasherstellung.
Langsame Kristallisation von SiO sub> 2 sub> in der Erde ist nicht der einzige Prozess. Es gibt tatsächlich Prozesse, bei denen geschmolzenes Silikatmagma sehr schnell abgekühlt werden kann. Dies geschieht häufig in vulkanischen Umgebungen: Ein Vulkan wirft geschmolzenes Magma (wiederum hauptsächlich aus SiO 2) und wirft es in die Atmosphäre, wo es sehr schnell abkühlen kann. Es ist noch schneller, wenn das Magma ins Wasser ausbricht. Das Ergebnis ist vulkanisches Glas: manchmal auch Obsidian genannt.
Der Unterschied im visuellen Erscheinungsbild ist eigentlich nicht auf das Vorhandensein oder Fehlen einer kristallinen Struktur zurückzuführen. Es hängt hauptsächlich mit der Korngröße zusammen. Wenn Sie Fensterglas nehmen und es zerbrechen, so dass es nur kleine Körner sind, sieht es genauso aus wie Sand. Wenn Sie dagegen Quarz nehmen und ihn groß und glatt machen (genau wie Fensterglas), sieht er folgendermaßen aus:
(Von Parent Géry ( Eigene Arbeit) [Public Domain], über Wikimedia Commons) sup>
Nehmen Sie Sand, schmelzen Sie ihn, lassen Sie ihn abkühlen und Sie haben (eine Art) Glas.
Glas ist ein amorpher Feststoff. Es scheint fest zu sein, ist aber in Wirklichkeit eine viskose Flüssigkeit.
Sand ist im Wesentlichen derselbe, obwohl er in sehr kleine Stücke zerbrochen ist. Obwohl Sand Quarzfragmente (kristallisierte Fragmente) enthalten könnte, ändert dies nichts an dem, was wir über den Sand beobachten.
Wie kann dies zu so vielen visuellen Unterschieden führen?
Glas ist klar, da dem Sand, aus dem es hergestellt wird, Chemikalien zugesetzt wurden, um den Schmelzpunkt zu senken und es transparent zu machen (durch Entfernen einiger Verunreinigungen). Sand besteht aus allem auf der Erde und ist daher nicht so transparent wie Glas. Auch die kleinen Partikel lenken das Licht ab, so dass es schwierig ist, ein Muster durch Sand zu sehen