קטיונים של נתרן ואשלגן הם network-modifier – אינם קשורים קוולנטית לרשת הטטראדרות היוצרת את הזכוכית אלא קשורים יונית לחמצנים בלתי מגשרים ויכולים לעבור דיפוזיה או לדלוף מהזכוכית (חילוף יונים) לתמיסות.
ישנם יוני חמצן אשר פועלים כגשרים בין יחידות הטטראדרים הנקראים bonding-oxygen. וישנם גם יוני חמצן שאינם משתתפים ביצירת מבנה הרשת ונקראים: אי גישור, non bonding-oxygen.
ישנן שלוש פעילויות עיקריות של מסיימי רשת:
זכוכית קרמית.
בניגוד לזכוכית רגילה בעלת מבנה מולקולרי לא מסודר, זכוכית קרמית מכילה גבישים והיא בעלת מבנה דו פאזי: מיקרו-גבישים שביניהם אזורים אמורפיים. הפאזה הגבישית מהווה בין 30% ל-70% מולרי.
השימוש בזכוכית קרמיות החל בשנת 1950 והתגלה על ידי סטוקי (S.D. Stookey). סטוקי גילה במקרה את הזכוכית הקרמית. הוא השאיר בתנור שפעל בטמפרטורה גבוהה תערובת של זכוכית העשויה מליתיום סילקאט וכסף. בחזרתו, מצא סטוקי חומר קרמי לבן במקום "שלולית" של זכוכית מותכת אותה ציפה לראות. הדבר קרה מפני שהכסף היווה מרכז נוקלאציה (מרכז גיבוש), וגרם ליצירת מבנה קריסטלי של הזכוכית.
בתחילת דרכם לחומרים אלו מבנה זכוכיתי. לאחר חימום והוספת חומרים שונים, הם הופכים להיות חומרים בעלי תכונות קרמיות. לזכוכית רגילה יש מבנה אמפורי, כלומר יש סדר מקומי אך אין מבנה קריסטלי מסודר, אין תאי יחידה שחוזרים על עצמם, בניגוד לזכוכית קרמית שבה פזורים בתווך האמורפי אזורים בהם האטומים מסודרים במבנה מסודר כלומר יש תאי יחידה שחוזרים על עצמם.
על מנת להכין זכוכית קרמית, יש להתיך את הזכוכית, ולשפוך את החומר המותך לתוך כלי בצורה הרצויה. קצב הקירור צריך לאפשר צמיחת גבישים. בתחילת המאה ה-21 עלה הביקוש לזכוכית קרמית, בעיקר בשל העובדה שניתן לעבד את החומר בקלות כמו זכוכית רגילה, ועם זאת מתקבל חומר בעל תכונות קרמיות רצויות כמו עמידות לזעזוע תרמי, קשיחות, רגישות לאור ועוד.
יתרון נוסף של הזכוכית הקרמית נעוץ בעובדה שניתן ליצור צורות מגוונות עם תכונות קרמיות מה שלא ניתן לעשות עם חומרים קרמיים אחרים. Owens-Corning Fiberglass (OCF) E-glass היא זכוכית העשויה מתרכובת של קלציום-אלומינו-סיליקאט בתוספת של מגנזיום, בור, ברזל, טיטניום וסודיום אוקסיד. לחומר זה יש עמידות גבוהה לחום ועמידות גבוהה למים.
שיטות ייצור של זכוכית קרמית.
על מנת ליצור זכוכית קרמית, יש לחמם זכוכית רגילה, לקרר ולחמם שוב. אך טיפול בחום אינו מספיק. כי צריך להוסיף חומר שיוכל לעשות נוקלאציה ובכך לאפשר את תחילת הגידול הגבישי. במטרה להפוך את הזכוכית לזכוכית קרמית בעלת מבנה קריסטלי, קודם כל יש לטפל בחומר בטמפרטורה של כ-1,000°C, בין שעה לשעתיים במטרה ליצור זכוכית רגילה.
לאחר מכן לוקחים גולות במסה של 25–30 גרם, ושמים על משטח פלטינה. הגולות מחוממות ל-1,500°C במשך 30 דקות, ולאחר 30 דקות מוציאים את הגולות המותכות ומקררים אותן בטמפרטורת החדר. אם יש צורך בהוספת חומרים נוספים לקבלת חומר בעל תכונות רצויות, אז טוחנים את הזכוכית לאבקה, ומוסיפים לה את התוסף הרצוי, ושמים שוב לחימום באותם התנאים, למשך 30 דקות נוספות. התוסף הוא בדרך כלל מלח. המלחים הנפוצים שמוסיפים על מנת ליצור זכוכית במבנה קריסטלי הם: ליתיום פחמתי Li2CO3, אלומיניום חמצני Al2O3, סידן חמצני CaO וטיטניום אוקסיד TiO2.
ניתן לקבל זכוכיות קרמיות עם תכונות שונות בזכות הוספת תוספים שונים וחימום לזמנים שונים. יעילות התוסף נמדדת בהתאם לעובי שכבת הזכוכית הנוצרת- ככל שהשכבה עבה יותר התוסף הוא יותר יעיל. זכוכית ללא תוספים לא יכולה ליצור מבנה קריסטלי מכיוון שאין חומר שיוכל לאפשר את תחילתו של מרכז הגיבוש.
שימושים.
בזכות תכונותיהן של הזכוכיות הקרמיות ניתן להשתמש בהם בסירי בישול, פלטות לבישול חשמלי, מראות טלסקופיות וחלונות מאובטחים.
קצב נוקלאציה (התגרענות).
על מנת שזכוכית תעבור ממצב של מבנה אמפורי למבנה קריסטלי צריך ליצור תהליך נוקלאציה. תהליך זה מתרחש עם חימום הזכוכית, קירור הזכוכית ואז שוב חימום מעל ל-Tg.
קצב הנוקלאציה (התגרענות) תלוי בצמיגות של הזכוכית, באנרגיה החופשית של תהליך הנוקלאציה, בתדירות הוויברציה ובטמפרטורה.
formula_1
formula_2 – קצב הנוקלאציה
formula_3 – האנרגיה החופשית של תהליך הנוקלאציה.
formula_4 – תדירות הוויברציה
formula_5– צפיפות המולקולות ל-m3
תכונות פיזיקליות של זכוכית.
תכונות אופטיות.
תכונות אופטיות של חומר מתארות את תגובת החומר למעבר אור דרכו. כאשר אור פוגע בחומר מסוים הוא יכול להיבלע בו, לחזור ממנו, או לעבור דרכו.
העברת אור מבטאת את יכולת החומר להעביר אור דרכו. תכונה זו כמעט הפוכה להחזרה. בליעת אור מתרחשת כאשר אור פוגע בחומר, והאנרגיה שלו נספגת בחומר באופן חלקי או מלא.
חומר שקוף, בדומה לזכוכית שבשמשת החלון, מעביר כמעט את כל האור הפוגע בו. לכן ניתן לראות דמויות הנמצאות מצדו האחר.
הדרישה לזכוכיות בעלות תכונות אופטיות מסוימות הולכת ועולה בשנים האחרונות. תכונות אופטיות של זכוכית הן תכונות פיזיקליות, אך הן תלויות בהרכב הכימי של החומרים מהם עשויה הזכוכית.
מרבית הזכוכיות יכולות להעביר דרכן את האור הנראה. זיהומים בזכוכית כגון נחושת או ברזל מורידים את היכולת של הזכוכית להעביר דרכה אור. גוון ירקרק של זכוכית (שניתן לראותו, למשל, כשמסתכלים בזכוכית מראה או חלון מהצד) נובע מהמצאות יוני ברזל.
בזכות יכולתם של הזכוכית להעביר את האור בתחום הנראה והאינפרא אדום הקרוב דרכן יש לזכוכיות שימושים רבים כגון: שמשות לחלונות, סיב אופטי, שימוש ביצירת קישוטים לבית ונברשות, עדשות למשקפיים, מצלמה ועוד.
לזכוכיות שונות יש מקדמי שבירה שונים (refractive index). מקדם שבירה - מקדם שבירה היא תכונה פיזיקלית של חומר שקוף, המציינת את שינוי הזווית של האור המועבר. מקדם השבירה תלוי בהרכב הכימי של הזכוכית ובמאמצים הפועלים בה.
זכוכית פוטוכרומית – היא זכוכית המתכהה כאשר נחשפת לאור השמש כתוצאה מפרוק גבישים של מלחי כסף באור UV ויצירת כסף מתכתי אטום. כאשר הקרינה נפסקת הגוון הכהה של הזכוכית נעלם כיוון שהכסף שוב מתחמצן לקבלת מלחים שקופים.
צבע.
צבע זכוכית תלוי בדברים הבאים:
כל הדברים לעיל מושפעים כתוצאה ממעבר אלקטרונים בשדה חשמלי, מקיומם של יוני מתכות טעונים או ממעבר של פוטונים.
זכוכית צבעונית מתקבלת על ידי הוספת מלחים או תחמוצות:
שימושי הזכוכית הצבעונית הם בעיקר בתחום האומנות.
ישנן זכוכיות השקופות לחלוטין לאור נראה, ואטומות לחלוטין לאור אינפרה אדום. וישנן זכוכיות כמו קוורץ, היכולות להעביר גם את האור הנראה וגם את האור האינפרה אדום.
תשמו&quot;ץ
חול
חול הוא חומר גרגרי המורכב מתוצרי בליה של סלעים ושאריות מינרליות של בעלי חיים.
לפי אחד המקורות, חלקיק חול נמצא בטווח גודל שבין 0.06 מילימטר ל־2.1 מילימטר, אך קביעה זו אינה מוחלטת. לפי מקור אחר, הגודל הוא 0.02-2 מ"מ. חלקיק גדול יותר נקרא חצץ והוא יכול להגיע עד לגודל של 64 מ"מ. לעומת זאת, חלקיקים דקים יותר נקראים טין. קרקע בה יש למעלה מ-85% גרגירים בגודל המאפיין חול ניקראית קרקע חולית.
היווצרות החול.
קרום כדור הארץ עשוי סלעים ומרבצי מינרלים. תהליכי בליה, הנגרמים על ידי גשם, רוח, קפאון והפשרה, פועלים על חלקים חשופים של הקרום, וגורמים להתפוררותם. תוצרי ההתפוררות ממשיכים לעבור תהליכי בליה, וגם הסעה על ידי זרמי מים, בדרך כלל אל הים או מקווי מים אחרים. הפעולה המצטברת של בליה והסעה יוצרים את גרגרי החול. ככל שהגרגרים הללו מוסעים רחוק יותר ממקום היווצרותם, כך הם נשחקים יותר, קטֵנים ומתעגלים. גרגרים כבדים יותר, של מתכות, שוקעים בנחלים בעלי זרימה איטית ויוצרים משקעים יקרי ערך. כך נוצרו מרבצי הזהב באלסקה, פלטינה באורל, בדיל במלזיה, תאילנד ואינדונזיה ויהלומים בקונגו ואנגולה. החלקיקים הרכים מתפוררים ומפסיקים להוות חלק מהחול. גרגרי החול המוסעים נשחקים גם עקב ההתחככות בסלעים ובגרגרי החול שסביבם. כאשר החול מגיע לים או לאוקיינוס, תהליך השחיקה נמשך. בסופו של דבר, החול נסחף על ידי הגלים, ושוקע בחוף.בחופים בעלי שיפוע מתון או מבנה שטוח, גרגרי החול יהיו קטנים, משום שהגלים מרבים לגלגל אותם ויש שחיקה מתמדת. לפעמים המסע של החול נמשך במחזור עונתי. בחופי דרום קליפורניה, גלים חורפיים, בעלי אנרגיה גבוהה, סוחפים את החול מהחוף אל האוקיינוס ואילו הגלים המתונים של הקיץ מחזירים חול מהמים אל החוף.
יש גם חולות שמוסעים על ידי הרוח, כמו חולות מדבר נמיב, אשר מקורם בנהר אורנג', בדרום אפריקה. באופן כללי, באזורים בהם שורר יובש קיצוני, החול מוסע על ידי הרוח ויוצר דיונות.
למרות הרושם שבמדבר החול הוא הרכיב הדומיננטי של הקרקע, המצב איננו כזה. במדבר סהרה רק 15% מהשטח מכוסה בחולות, ואילו 70% מהשטח - סלעים חשופים.
חול נוצר גם בים ובאוקיינוס, מבליה של אבן גיר. אלה סלעי משקע ממקור אורגני, ונוצרו מהרבדה של יצורים מתים, רובם מיקרוסקופיים, במשך 500 מיליוני השנים האחרונות.
מקור, הרכב וצבע.