Glass formation
કાચ એ એક આકારહીન ઘન છે જે સંપૂર્ણપણે લાંબા અંતરની સામયિક પરમાણુ રચનાનો અભાવ ધરાવે છે જે કાચ પરિવર્તનના ક્ષેત્રને દર્શાવે છે. આ વ્યાપક વ્યાખ્યાનો અર્થ એ છે કે કોઈપણ સામગ્રી તે કાર્બનિક, અકાર્બનિક, ધાતુ વગેરે હોય. પ્રકૃતિમાં કાચ બની શકે છે જો તે કાચ પરિવર્તન વર્તન દર્શાવે છે. જો કે 1900 પહેલાં બહુ ઓછા બિન-સિલિકેટ કાચ જાણીતા હતા અને વિકસાવવામાં આવેલા સિદ્ધાંતો પરિણામે સિલિકેટ ઓગળવા (સિલિકોન અને ઓક્સિજન ધરાવતા સંયોજનો) ના હાલના અવલોકનોથી ભારે પ્રભાવિત હતા. આ સિદ્ધાંતોને કાચ રચનાના માળખાકીય સિદ્ધાંતોના શીર્ષક હેઠળ જૂથબદ્ધ કરવામાં આવ્યા છે. પછીના વર્ષોમાં ઘણા બિન-સિલિકેટ ચશ્માની શોધ થઈ હતી અને આજે તે ઓળખવામાં આવે છે કે યોગ્ય પ્રાયોગિક પરિસ્થિતિઓને ધ્યાનમાં રાખીને લગભગ કોઈપણ સામગ્રી કાચ બનાવવા માટે સક્ષમ છે અને ધ્યાન બદલાયું છે કે કઈ સામગ્રી કાચ બનાવશે અને કઈ પરિસ્થિતિઓમાં કોઈ ચોક્કસ સામગ્રી કાચ બનાવશે. વધુ તાજેતરના સિદ્ધાંતો કાચની રચના પાછળના ગતિશાસ્ત્ર પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે અને કાચની રચનાના આ ગતિવિષયક સિદ્ધાંતોએ મોટા ભાગે અગાઉના માળખાકીય સિદ્ધાંતોને બદલ્યા છે. કાચ રચનાના માળખાકીય સિદ્ધાંતો કાચ રચનાના પ્રથમ માળખાકીય સિદ્ધાંતોમાં તે હતું જે ગોલ્ડસ્મિડ્ટ દ્વારા વિકસાવવામાં આવ્યું હતું, જેમણે જણાવ્યું હતું કે સામાન્ય સૂત્ર RnOm ના કાચ ત્યારે કાચ બનાવશે જ્યારે કેટાયન અને ઓક્સિજનની આયનીય ત્રિજ્યાનો ગુણોત્તર 0.2 થી 0.4 ની રેન્જમાં હોય. જ્યારે આ સ્થિતિ સાચી હોય ત્યારે કેટાયન 4 ઓક્સિજન અણુઓ સાથે બંધાયેલું હોય છે અને ટેટ્રાહેડ્રલ સંકલન ધરાવે છે. જેમ કે ગોલ્ડસ્મિડ્ટે આમાંથી તારણ કાઢ્યું હતું કે માત્ર ટેટ્રાહેડ્રલ સંકલન સાથેના કેટાયન ઠંડક પર ચશ્માની રચના કરશે. આ નિષ્કર્ષ પ્રયોગમૂલક હતો અને ગોલ્ડસ્મિડ્ટ દ્વારા આ નિરીક્ષણને સમજાવવાનો કોઈ પ્રયાસ કરવામાં આવ્યો ન હતો. ગોલ્ડસ્મિડ્ટના વિચારોને ઝાચારીઆસેન દ્વારા વિસ્તૃત કરવામાં આવ્યા હતા, જેમણે સમજાવવાનો પ્રયાસ કર્યો હતો કે શા માટે ચોક્કસ સંકલન સંખ્યાઓ કાચની રચનાની તરફેણ કરશે. તેમણે નોંધ્યું હતું કે સિલિકેટ્સ કે જે ઓગળ્યા પછી અને ઠંડક આપ્યા પછી ફરીથી સ્ફટિકીકરણ કરવાને બદલે ચશ્માની રચના કરે છે તે ટેટ્રાહેડ્રાની બનેલી નેટવર્ક રચનાઓ બિન-સામયિક બિન-સમમિત રીતે (સમયાંતરે અને સમમિત હોય તેવા સ્ફટિકોથી વિપરીત) ચારેય ખૂણાઓ પર જોડાય છે. આ નેટવર્ક ત્રણેય પરિમાણોમાં એવી રીતે વિસ્તરે છે કે કાચની સરેરાશ વર્તણૂક સમાન હોય છે-કાચના ગુણધર્મો આઇસોટ્રોપિક હોય છે. આનો તેમના આધાર તરીકે ઉપયોગ કરીને ઝાચારીયાસેને તારણ કાઢ્યું હતું કે કાચ બનાવવાની ક્ષમતા આ નેટવર્ક બનાવવાની ક્ષમતા પર આધારિત હતી. ત્યારબાદ તેમણે આવા નેટવર્કની રચના માટે જરૂરી શરતો સમજાવી, જેને તેમણે નીચે પ્રમાણે વ્યાખ્યાયિત કરીઃ ઓક્સિજન પરમાણુને બેથી વધુ કેટાયન સાથે જોડી શકાતો નથી અન્યથા બિન-સામયિક નેટવર્ક બનાવવા માટે જરૂરી બોન્ડ એન્ગલમાં તફાવત પ્રાપ્ત કરી શકાતો નથી. ઓક્સિજન અણુઓની સંખ્યા 3 અથવા 4 ઓછી હોવી જોઈએ, જે એ હકીકત પર આધારિત અને પ્રયોગમૂલક રીતે નિર્ધારિત સ્થિતિ હતી કે તે સમયે જાણીતા એકમાત્ર કાચ ત્રિકોણાકાર અથવા ટેટ્રાહેડ્રલી સંકલિત કેટાયનમાંથી રચાયા હતા. ત્રિ-પરિમાણીય માળખું મેળવવા માટે પોલિહેડ્રોનના ઓછામાં ઓછા 3 ખૂણાઓ વહેંચવા આવશ્યક છે અને પોલિહેડ્રાને માત્ર ખૂણાઓ પર જોડી શકાય છે (તેઓ ધાર અથવા ચહેરાને શેર કરતા નથી). તેમણે એવું પણ જણાવ્યું હતું કે કાચની રચના થાય તે માટે યોગ્ય પરિસ્થિતિઓમાં ઓગળેલા દ્રાવણને ઠંડુ કરવું આવશ્યક છે, જે કાચની રચનાના પછીના ગતિશીલ સિદ્ધાંતોની ધારણા કરે છે. ઝાચારીઆસેનના અન્ય નિવેદનો રેન્ડમ નેટવર્ક થિયરી તરીકે ઓળખાતા કાચ રચનાના નમૂનાઓના વર્ગના આધાર તરીકે ઉપયોગમાં લેવાતા હતા. જો કે, તેમના મૂળ કાર્યમાં ઝાચારીયાસેને રેન્ડમ નેટવર્ક શબ્દનો ઉપયોગ કર્યો ન હતો, તેના બદલે "વિટ્રિયસ નેટવર્ક" નો ઉપયોગ કરવાનું પસંદ કર્યું કારણ કે માળખું ખરેખર રેન્ડમ નથી અને અણુઓ વચ્ચેના લઘુત્તમ અંતર દ્વારા મર્યાદિત છે. પરિણામે તમામ આંતર-પરમાણુ અંતર સમાન રીતે સંભવ નથી અને ચશ્મા માટે અવલોકન કરાયેલ એક્સ-રે પેટર્ન એ કાચ નેટવર્કનું પરિણામ છે. કાચ રચનાના અન્ય માળખાકીય સિદ્ધાંતો કેટાયન અને એનાયન વચ્ચેના બંધની પ્રકૃતિ પર કેન્દ્રિત હતા. ઉદાહરણ તરીકે, સ્મેકલે સૂચવ્યું હતું કે ઓગળવામાં શુદ્ધ આયનીય અને શુદ્ધ સહસંયોજક વચ્ચે આવેલા પ્રકૃતિના મધ્યવર્તી બંધ જ કાચની રચના માટે પરવાનગી આપશે. તેમણે આ આધાર પર સૂચવ્યું હતું કે આયનીય બોન્ડ્સમાં નેટવર્ક રચવા માટે જરૂરી દિશાત્મકતાનો અભાવ હોય છે અને સહસંયોજક બોન્ડ્સ બિન-સામયિક નેટવર્કની રચના માટે જરૂરી વિવિધતાને અટકાવતા કડક બોન્ડ એંગલ લાગુ કરશે. સ્ટેનવર્થે આ મિશ્ર બંધની વિભાવનાને વધુ સારી રીતે માપવાનો પ્રયાસ કર્યો અને કેટાયનની ઇલેક્ટ્રોનગેટિવિટીના આધારે ઓક્સાઇડને ત્રણ જૂથોમાં વિભાજિત કર્યા. જૂથો નીચે મુજબ હતાઃ નેટવર્ક ફોર્મર્સઃ કેટાયન જે લગભગ 50 ટકા આયનીય પાત્ર સાથે ઓક્સિજન સાથે બંધ બનાવે છે તે સારા ચશ્માના મધ્યસ્થીઓ ઉત્પન્ન કરે છેઃ ઓક્સિજન સાથે સહેજ વધુ આયનીય બંધ બનાવે છે જો કે તેઓ પોતે ચશ્માની રચના કરી શકતા નથી તેઓ નેટવર્કના ભૂતપૂર્વ વર્ગના બંધને આંશિક રીતે બદલી શકે છે. સંશોધકોઃ ખૂબ ઓછી ઇલેક્ટ્રોનગેટિવિટીવાળા કેટાયન કે જે ઓક્સિજન સાથે અત્યંત આયનીય બંધ બનાવે છે, તે ક્યારેય નેટવર્ક ફોર્મર તરીકે કામ કરતા નથી અને માત્ર નેટવર્ક ફોર્મર દ્વારા બનાવવામાં આવેલી રચનાઓમાં ફેરફાર કરી શકે છે. ચશ્માની રચનામાં બોન્ડની મજબૂતાઈને પણ એક મહત્વપૂર્ણ પરિબળ તરીકે સૂચવવામાં આવી હતી. સન દલીલ કરે છે કે ચશ્માની રચના માટે મજબૂત બંધ મહત્વપૂર્ણ છે કારણ કે તેઓ ઠંડક દરમિયાન સામગ્રીને સ્ફટિક માળખામાં પુનર્ગઠનને અટકાવે છે, તેથી કાચની રચનાને સરળ બનાવે છે. તેમણે જે બંધની શક્તિનો ઉલ્લેખ કર્યો છે તે બંધની સંખ્યા દ્વારા વિભાજિત વાયુ તબક્કામાં ઓક્સાઇડ માળખાને અલગ કરવા માટે જરૂરી ઊર્જા દ્વારા આપી શકાય છે. જો કે આ નમૂનાએ અગાઉના અવલોકનો સાથે સુસંગત પરિણામો આપ્યા હતા, તેમ છતાં તે કાચની રચનામાં કોઈ નવી સમજ આપી ન હતી. રૉસને દલીલ કરી હતી કે સૂર્યએ તેના મોડેલમાં તાપમાનના મહત્વને અવગણ્યું હતું જે સૂચવે છે કે ઊંચા ગલનબિંદુ બોન્ડ વિક્ષેપ માટે વધુ ઊર્જા આપે છે જ્યારે નીચા તાપમાનમાં ઓછી ઊર્જા મળે છે. તેમણે એવી દલીલ કરી હતી કે નીચા ગલન તાપમાન અને ઉચ્ચ બોન્ડ શક્તિ ધરાવતી સામગ્રી સમાન બોન્ડ શક્તિ ધરાવતી પરંતુ ઘણી વધારે ગલનબિંદુ ધરાવતી સામગ્રી કરતાં વધુ સારી ગ્લાસ હશે. સિંગલ કેટાયન ઓક્સાઇડ પર આ મોડેલનો ઉપયોગ સૂર્ય મોડેલના ઉપયોગના પરિણામોમાં સુધારો કરવા માટે બહુ ઓછું કરે છે, તેમ છતાં તે બોરિક ઓક્સાઇડના ઉત્તમ કાચ બનાવવાના ગુણધર્મની આગાહી કરે છે અને દ્વિસંગી અને ત્રિસંગી પ્રણાલીઓમાં વિસ્તરણ એ આગાહી કરે છે કે કાચની રચનાની સરળતા યુટેક્ટિક્સની નજીકની રચનાઓ માટે સુધારવી જોઈએ. આ અવલોકન ઘણીવાર કરવામાં આવ્યું છે અને તેને "પ્રવાહી તાપમાન અસર" તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. આનું ઉદાહરણ યુટેક્ટિક નજીકના પ્રદેશમાં CaO-Al2O3 દ્વિસંગીની કાચની રચના છે. કાચની રચનાના ગતિશીલ સિદ્ધાંતો કાચની રચનાના માળખાકીય સિદ્ધાંતો માત્ર કાચની રચનાની સાપેક્ષ સરળતાને ધ્યાનમાં લે છે. જે સામગ્રીઓ મધ્યમ ઠંડક દર હેઠળ ચશ્મા બનાવે છે તેને સારા ગ્લાસ ફોર્મર્સ કહેવામાં આવે છે, જેને ઝડપી ઠંડક દરની જરૂર હોય તેને નબળા ગ્લાસ ફોર્મર્સ કહેવામાં આવે છે અને જેને અત્યંત ઠંડક દરની જરૂર હોય તેને બિન-ગ્લાસ ફોર્મર્સ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. જેમ કે હવે તે ઓળખવામાં આવે છે કે લગભગ કોઈપણ સામગ્રી યોગ્ય પ્રાયોગિક પરિસ્થિતિઓને ધ્યાનમાં રાખીને કાચ બનાવવા માટે સક્ષમ છે, કાચ રચનાના ગતિશીલ સિદ્ધાંતોનું કેન્દ્ર એ ઓળખવા પર છે કે કાચ બનાવવા માટે સિસ્ટમને કેટલી ઝડપથી ઠંડુ કરવી જોઈએ અને શોધી શકાય તેવા સ્ફટિકીકરણને ટાળવું જોઈએ, તેના બદલે સિસ્ટમ કાચ બનાવશે કે નહીં. સંદર્ભો ગ્લાસ