تويت
بنية الزجاج Glass Structure
لم تكن طبيعة الزجاج معروفة لمدة طويلة من الزمن الى
ان تم اكتشاف اشعة (x) واستطاع العالم وارن (Warren)
من وضع صورة واضحة لهذه المادة او مقارنة للموادة الاخرى.
ويصنف التزجيج علميا على أنه تركيب يقع بين حالتي المادة
الصلبة والسائلة ويمكن اعتباره حالة رابعة للمادة بالاضافة
الى الحالة الغازية , يطلق عليها
بالحالة المتزججة (Vitreous State) وهي غير متبلورة
وعشوائية التوزيع الذري وتمثل
تراكيب الزجاج (Glass) والتزجيج (Glaze).
باعتبار ان التراكيب المتزججة لاتتصف بصيغة جزيئية
دقيقة بل هي خليط معقد ينتمي للحالة السائلة كونه عشوائي
التوزيع الذري ، وللحالة الصلبة كون الناتج تركيب صلب
ميكانيكياً ، ولهذا يسمى احياناً بالسائل المبرد
فجأةً (Super Cool Liquid) . الشكل (1) .
في حين كانت المعلومات عن بناء الزجاج هو مادة
غير عضوية وغير متبلورة ذات خواص متجانسة
على حين ان بعض الباحثين يعدون الزجاج اما سائل
ذو كثافة عالية او سائل مبرد بسرعة فائقة.
وان الزجاج السليكي يكون على شكل مجموعات
غير متنظمة مع المواد الصاهرة (القلويات والقواعد )
,التي تكون منتشرة او موزعة خلال هذا النظام
وهذا النظام اما مترابط (Linked) او متجسر (Bridged)
مع ذرا ت الاوكسجين فيكون الزجاج شكلا بنائيا
من المجموعات نفسها التي تؤسس السليكا المتبلورة.
وان ذرة السليكون مركزية تحيط بها أربع ذرات
أُوكسجين (SiO4) ويمكن تركيبها في ثلاثة اشكال
تبقى مستمرة في سلسلة الشبك (Si─O) اي كل
ذرة اوكسجين ترتبط بذرتين سيليكا في
الهرم الرباعي الاوجه. (الشكل 2)
يتكون الزجاج بانواعه من اكاسيد مختلفة من المواد
التي تعطي الخصائص المطلوبة في الاكاسيد
الحامضية السليكا (SiO2) و اوكسيد البوريك (B2O3)
وخامس اوكسيد الفسفور(P2O5) وهي مكونات لشبك الزجاج
و الاكاسيد القاعدية مثل اوكسيد الصوديوم (Na2O)
واوكسيد البوتاسيوم (Ka2O) واوكسيد الكالسيوم (CaO)
واوكسيد الرصاص (PbO) و الأكاسيد المتعادلة
مثل أوكسيد الألمنيوم (Al2O3تركب مع بعضها
لتكوين المركب الزجاجي.
أن التركيب في الزجاج غير متبلور , ففي السليكا الزجاجية
يكون تنظيم السلكيون – اوكسجين بأشكال متعددة اما في
السليكا المتبلورة يكون ثابتاً ومستقراً. , وقد يحدث ان
تحتوي البنية الزجاجية على بلورات دقيقة لا ترى
الا بعدسات ميكروسكوبية عالية التكبير والدقة وتسمى
هذه البلورات (مايكروسكوبية) . كما قد تحتوي البنية
الزجاجية على بلورات لا يمكن تميزها منفردة لكنها
ترى مجتمعة اثناء الفحص البتروكرافي (Patrogeravi)
وتسمى هذه (البلورات الخفية) (Hidden Crystals).
خلال الحرق وظهور الوجه السائل تعيد كل ذرة ترتيب
موقعها وتاصرها من جديد وفق قانون التكافؤ وعند
تبريدها سريعاً يلاحظ تشكيل سلاسل عشوائية متواصلة
يتصف بعضها فيزيئيا بخواص الاكاسيد
والمركبات المكونة له اصلا واخرى
بخواص السلاسل الجديدة ، ويتشكل الوجه الزجاجي
اذا كان معدل الوقت لتبريد الخليط عند مرحلة اللزوجة
والانصهارية اسرع من معدل الوقت الذي يتطلبه
تأسيس البلورات. ,لا يكوّن الشبك في الزجاج دورات
سلسلية طويلة (Long-Range) لذلك ان القمم الح
لا تظهر عند فحصها بالاشعة
السينية الحيودية أما في البلورات يكون الشبك منظم
ذو قمم حادة , هذا نتيجة طبيعية , لان الاواصر التي تربط
وحدات بناء الزجاج تكون مكسرة بما فيه الكفاية لتسمح
فقط لنظام ذو سلاسل قصيرة او عشوائية . (شكل 3)
ترتبط وحدات مركبات السليكات بعضها بالبعض
داخل البلورات والاجسام الزجاجية على شكل حلزوني
وتتكون كل وحدة من ثلاث جزئيات من مادة السليكات
ويتكون كل جزء من ذرة من عنصر السليكون في نقطة
تقاطع ثلاث محاور , شكل رباعي الاوجه في وسط كل
وجه منه ذرة اوكسجين(Tetrahedral ) كما في الشكل (4).
ارجو ان يستفيد من هذا الموضوع المهتمين في علم كيمياء
التزجيج باعتبار ان السليكا هي المكون الرئسي للزجاج
وعلينا كمتخصصين في الخزف ان نعرف البنية الاساسية
للزجاج حتى نتصرف من خلال هذه المعلومات
كخزافين نلم بالعلم والفن معا .
ها الموضوع جاف وفهمه صعب للمرة الاولى
تحملوني وستكون الفائدة كبيرة لكم ان شاء الله .
اخوكم قاسم نايف
لم تكن طبيعة الزجاج معروفة لمدة طويلة من الزمن الى
ان تم اكتشاف اشعة (x) واستطاع العالم وارن (Warren)
من وضع صورة واضحة لهذه المادة او مقارنة للموادة الاخرى.
ويصنف التزجيج علميا على أنه تركيب يقع بين حالتي المادة
الصلبة والسائلة ويمكن اعتباره حالة رابعة للمادة بالاضافة
الى الحالة الغازية , يطلق عليها
بالحالة المتزججة (Vitreous State) وهي غير متبلورة
وعشوائية التوزيع الذري وتمثل
تراكيب الزجاج (Glass) والتزجيج (Glaze).
باعتبار ان التراكيب المتزججة لاتتصف بصيغة جزيئية
دقيقة بل هي خليط معقد ينتمي للحالة السائلة كونه عشوائي
التوزيع الذري ، وللحالة الصلبة كون الناتج تركيب صلب
ميكانيكياً ، ولهذا يسمى احياناً بالسائل المبرد
فجأةً (Super Cool Liquid) . الشكل (1) .
في حين كانت المعلومات عن بناء الزجاج هو مادة
غير عضوية وغير متبلورة ذات خواص متجانسة
على حين ان بعض الباحثين يعدون الزجاج اما سائل
ذو كثافة عالية او سائل مبرد بسرعة فائقة.
وان الزجاج السليكي يكون على شكل مجموعات
غير متنظمة مع المواد الصاهرة (القلويات والقواعد )
,التي تكون منتشرة او موزعة خلال هذا النظام
وهذا النظام اما مترابط (Linked) او متجسر (Bridged)
مع ذرا ت الاوكسجين فيكون الزجاج شكلا بنائيا
من المجموعات نفسها التي تؤسس السليكا المتبلورة.
وان ذرة السليكون مركزية تحيط بها أربع ذرات
أُوكسجين (SiO4) ويمكن تركيبها في ثلاثة اشكال
تبقى مستمرة في سلسلة الشبك (Si─O) اي كل
ذرة اوكسجين ترتبط بذرتين سيليكا في
الهرم الرباعي الاوجه. (الشكل 2)
يتكون الزجاج بانواعه من اكاسيد مختلفة من المواد
التي تعطي الخصائص المطلوبة في الاكاسيد
الحامضية السليكا (SiO2) و اوكسيد البوريك (B2O3)
وخامس اوكسيد الفسفور(P2O5) وهي مكونات لشبك الزجاج
و الاكاسيد القاعدية مثل اوكسيد الصوديوم (Na2O)
واوكسيد البوتاسيوم (Ka2O) واوكسيد الكالسيوم (CaO)
واوكسيد الرصاص (PbO) و الأكاسيد المتعادلة
مثل أوكسيد الألمنيوم (Al2O3تركب مع بعضها
لتكوين المركب الزجاجي.
أن التركيب في الزجاج غير متبلور , ففي السليكا الزجاجية
يكون تنظيم السلكيون – اوكسجين بأشكال متعددة اما في
السليكا المتبلورة يكون ثابتاً ومستقراً. , وقد يحدث ان
تحتوي البنية الزجاجية على بلورات دقيقة لا ترى
الا بعدسات ميكروسكوبية عالية التكبير والدقة وتسمى
هذه البلورات (مايكروسكوبية) . كما قد تحتوي البنية
الزجاجية على بلورات لا يمكن تميزها منفردة لكنها
ترى مجتمعة اثناء الفحص البتروكرافي (Patrogeravi)
وتسمى هذه (البلورات الخفية) (Hidden Crystals).
خلال الحرق وظهور الوجه السائل تعيد كل ذرة ترتيب
موقعها وتاصرها من جديد وفق قانون التكافؤ وعند
تبريدها سريعاً يلاحظ تشكيل سلاسل عشوائية متواصلة
يتصف بعضها فيزيئيا بخواص الاكاسيد
والمركبات المكونة له اصلا واخرى
بخواص السلاسل الجديدة ، ويتشكل الوجه الزجاجي
اذا كان معدل الوقت لتبريد الخليط عند مرحلة اللزوجة
والانصهارية اسرع من معدل الوقت الذي يتطلبه
تأسيس البلورات. ,لا يكوّن الشبك في الزجاج دورات
سلسلية طويلة (Long-Range) لذلك ان القمم الح
لا تظهر عند فحصها بالاشعة
السينية الحيودية أما في البلورات يكون الشبك منظم
ذو قمم حادة , هذا نتيجة طبيعية , لان الاواصر التي تربط
وحدات بناء الزجاج تكون مكسرة بما فيه الكفاية لتسمح
فقط لنظام ذو سلاسل قصيرة او عشوائية . (شكل 3)
ترتبط وحدات مركبات السليكات بعضها بالبعض
داخل البلورات والاجسام الزجاجية على شكل حلزوني
وتتكون كل وحدة من ثلاث جزئيات من مادة السليكات
ويتكون كل جزء من ذرة من عنصر السليكون في نقطة
تقاطع ثلاث محاور , شكل رباعي الاوجه في وسط كل
وجه منه ذرة اوكسجين(Tetrahedral ) كما في الشكل (4).
ارجو ان يستفيد من هذا الموضوع المهتمين في علم كيمياء
التزجيج باعتبار ان السليكا هي المكون الرئسي للزجاج
وعلينا كمتخصصين في الخزف ان نعرف البنية الاساسية
للزجاج حتى نتصرف من خلال هذه المعلومات
كخزافين نلم بالعلم والفن معا .
ها الموضوع جاف وفهمه صعب للمرة الاولى
تحملوني وستكون الفائدة كبيرة لكم ان شاء الله .
اخوكم قاسم نايف
تعليق