Structure of liquids and glasses
પ્રવાહી, કાચ અને અન્ય બિન-સ્ફટિકીય ઘન પદાર્થોની રચના લાંબા અંતરના ક્રમની ગેરહાજરી દ્વારા વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે જે સ્ફટિકીય સામગ્રીને વ્યાખ્યાયિત કરે છે. જો કે, પ્રવાહી અને આકારહીન ઘન પદાર્થો ટૂંકાથી મધ્યમ શ્રેણીના ક્રમની સમૃદ્ધ અને વૈવિધ્યસભર શ્રેણી ધરાવે છે, જે રાસાયણિક બંધન અને સંબંધિત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાંથી ઉદ્ભવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ધાતુના ચશ્માને સામાન્ય રીતે સખત ગોળાઓના ગાઢ રેન્ડમ પેકિંગ દ્વારા સારી રીતે વર્ણવવામાં આવે છે, જ્યારે સિલિકેટ ચશ્મા જેવી સહસંયોજક પ્રણાલીઓમાં વિરલ રીતે ભરેલા, મજબૂત રીતે બંધાયેલા, ટેટ્રાહેડ્રલ નેટવર્ક માળખા હોય છે. આ ખૂબ જ અલગ માળખાઓ ખૂબ જ અલગ ભૌતિક ગુણધર્મો અને ઉપયોગો ધરાવતી સામગ્રીમાં પરિણમે છે. પ્રવાહી અને કાચની રચનાના અભ્યાસનો ઉદ્દેશ તેમની વર્તણૂક અને ભૌતિક ગુણધર્મોની સમજ મેળવવાનો છે, જેથી તેઓ ચોક્કસ ઉપયોગો માટે સમજી શકાય, આગાહી કરી શકાય અને અનુરૂપ બની શકે. પ્રવાહી અને ચશ્માની રચના અને પરિણામી વર્તણૂક એ શરીરની ઘણી જટિલ સમસ્યા હોવાથી, ઐતિહાસિક રીતે તે ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સનો સીધો ઉપયોગ કરીને ઉકેલવા માટે ખૂબ કોમ્પ્યુટેશનલ રીતે સઘન રહી છે. તેના બદલે, વિવિધ વિવર્તન, એન. એમ. આર., મોલેક્યુલર ડાયનેમિક્સ અને મોન્ટે કાર્લો સિમ્યુલેશન તકનીકોનો સૌથી વધુ ઉપયોગ થાય છે. જોડી વિતરણ કાર્યો અને માળખાના પરિબળો સામગ્રીનું જોડી વિતરણ કાર્ય (અથવા જોડી સહસંબંધ કાર્ય) અન્ય અણુથી અલગ r પર અણુ શોધવાની સંભાવનાને વર્ણવે છે. પ્રવાહી અથવા કાચના g વિરુદ્ધ r નો લાક્ષણિક આલેખ સંખ્યાબંધ મુખ્ય લક્ષણો દર્શાવે છેઃ ટૂંકા વિભાજન (નાના r) પર, g (r) = 0. આ અણુઓની અસરકારક પહોળાઈ સૂચવે છે, જે તેમના અભિગમના અંતરને મર્યાદિત કરે છે. સંખ્યાબંધ સ્પષ્ટ શિખરો અને ખાડીઓ હાજર છે. આ શિખરો સૂચવે છે કે અણુઓ નજીકના પડોશીઓના 'શેલો' માં એકબીજાની આસપાસ પેક કરે છે. સામાન્ય રીતે g (r) માં પ્રથમ શિખર એ સૌથી મજબૂત લક્ષણ છે. આ પ્રથમ કવચમાં પડોશી અણુઓ વચ્ચે અનુભવાતા પ્રમાણમાં મજબૂત રાસાયણિક બંધન અને પ્રતિકર્ષણ અસરોને કારણે છે. કેન્દ્રથી વધતા રેડિયલ અંતર પર શિખરોની ક્ષીણતા કેન્દ્રના કણોમાંથી ક્રમની ઘટતી ડિગ્રી સૂચવે છે. આ પ્રવાહી અને કાચમાં "લાંબા અંતરના ક્રમ" ની ગેરહાજરીને સ્પષ્ટપણે સમજાવે છે. લાંબા અંતર પર, જી (આર) 1 ના મર્યાદિત મૂલ્ય સુધી પહોંચે છે, જે સામગ્રીની મેક્રોસ્કોપિક ઘનતાને અનુરૂપ છે. સ્થિર માળખું પરિબળ, S (q), જેને વિવર્તન તકનીકો દ્વારા માપી શકાય છે, તે ફોરિયર પરિવર્તન દ્વારા તેના અનુરૂપ g (r) સાથે સંબંધિત છે જ્યાં q એ વેગ સ્થાનાંતરણ વેક્ટરની તીવ્રતા છે, અને ρ એ સામગ્રીની સંખ્યા ઘનતા છે. g (r) ની જેમ, પ્રવાહી અને ચશ્માની S (q) પેટર્નમાં સંખ્યાબંધ મુખ્ય લાક્ષણિકતાઓ છેઃ મોનો-અણુ પ્રણાલીઓ માટે S (q = 0) મર્યાદા આઇસોથર્મલ સંકોચનક્ષમતા સાથે સંબંધિત છે. પણ નિમ્ન-q મર્યાદા પર વધારો સામગ્રીમાં મોટા પાયે માળખું અથવા શૂન્યાવકાશને કારણે નાના ખૂણા સ્કેટરિંગની હાજરી સૂચવે છે. S (q) માં સૌથી તીક્ષ્ણ શિખરો (અથવા ગર્ત) સામાન્ય રીતે q = 1-3 એંગસ્ટ્રોમ શ્રેણીમાં જોવા મળે છે. આ સામાન્ય રીતે જી (આર) માં બીજા અને ઉચ્ચ સંકલન શેલમાં માળખાને અનુરૂપ કેટલાક મધ્યમ શ્રેણી ક્રમની હાજરી સૂચવે છે. ઉચ્ચ-q પર માળખું સામાન્ય રીતે 2π/r1 તરંગલંબાઇ સાથે ક્ષીણ થતું સાઇનસોઈડલ ઓસિલેશન હોય છે, જ્યાં r1 એ g (r) માં પ્રથમ શેલ શિખર સ્થિતિ છે. ખૂબ જ ઉચ્ચ-q પર S (q) તેની વ્યાખ્યા સાથે સુસંગત, 1 તરફ વલણ ધરાવે છે. પ્રવાહી અને કાચમાં લાંબા અંતરના ક્રમની ગેરહાજરીનો પુરાવો એક્સ-રે અને ન્યુટ્રોન વિવર્તનમાં બ્રેગ શિખરોની ગેરહાજરી દ્વારા મળે છે. આ આઇસોટ્રોપિક પદાર્થો માટે, વિવર્તન પેટર્ન ગોળાકાર સમપ્રમાણતા ધરાવે છે, અને ત્રિજ્યીય દિશામાં, વિવર્તનની તીવ્રતા એક સરળ ઓસિલેટરી આકાર ધરાવે છે. આ વિવર્તન તીવ્રતાનું વિશ્લેષણ સામાન્ય રીતે સ્થિર માળખું પરિબળ, S (q) આપવા માટે કરવામાં આવે છે, જ્યાં q એ q = 4π sin (θ)/λ દ્વારા આપવામાં આવે છે, જ્યાં 2θ એ સ્કેટરિંગ કોણ (ઘટના અને સ્કેટર્ડ ક્વોન્ટા વચ્ચેનો કોણ) છે, અને λ એ પ્રોબની ઘટના તરંગલંબાઇ (ફોટોન અથવા ન્યુટ્રોન) છે. સામાન્ય રીતે વિવર્તન માપન એક (મોનોક્રોમેટિક) λ પર કરવામાં આવે છે, અને q ની વિશાળ શ્રેણી આપવા માટે 2θ ખૂણાઓની શ્રેણી પર વિવર્તન તીવ્રતા માપવામાં આવે છે. વૈકલ્પિક રીતે λ ની શ્રેણીનો ઉપયોગ કરી શકાય છે, જેનાથી તીવ્રતાના માપનને 2θ ની નિશ્ચિત અથવા સાંકડી શ્રેણી પર લઈ શકાય છે. એક્સ-રે વિવર્તનમાં, આવા માપનને સામાન્ય રીતે "ઊર્જા પ્રસારક" કહેવામાં આવે છે, જ્યારે ન્યુટ્રોન વિવર્તનમાં આને સામાન્ય રીતે "ટાઈમ-ઓફ-ફ્લાઇટ" કહેવામાં આવે છે, જે ઉપયોગમાં લેવાતી વિવિધ શોધ પદ્ધતિઓને પ્રતિબિંબિત કરે છે. એકવાર મેળવ્યા પછી, S (q) પેટર્નને અનુરૂપ રેડિયલ વિતરણ કાર્ય (અથવા જોડી સહસંબંધ કાર્ય) પ્રદાન કરવા માટે ફોરિયર રૂપાંતરિત કરી શકાય છે, જેને આ લેખમાં g (r) તરીકે દર્શાવવામાં આવ્યું છે. આઇસોટ્રોપિક પદાર્થ માટે, S (q) અને તેના અનુરૂપ g (r) વચ્ચેનો સંબંધ છે g (r), જે અન્ય અણુથી અલગ r પર અણુ શોધવાની સંભાવનાનું વર્ણન કરે છે, તે અણુ બંધારણનું વધુ સાહજિક વર્ણન પ્રદાન કરે છે. વિવર્તન માપનમાંથી મેળવેલ જી (આર) પેટર્ન પદાર્થમાં તમામ જોડી સહસંબંધોની અવકાશી અને થર્મલ સરેરાશને રજૂ કરે છે, જે ઘટના બીમ સાથેના તેમના સુસંગત ક્રોસ-સેક્શન દ્વારા ભારિત હોય છે. વ્યાખ્યા અનુસાર, g (r) એ કેન્દ્રથી r અંતરે સ્થિત શેલના આપેલ કદમાં જોવા મળતા કણોની સરેરાશ સંખ્યા સાથે સંબંધિત છે. અન્ય અણુથી આપેલા ત્રિજ્યીય અંતરે અણુઓની સરેરાશ ઘનતા સૂત્ર દ્વારા આપવામાં આવે છેઃ જ્યાં n (r) એ r અંતરે પહોળાઈના કોષમાં અણુઓની સરેરાશ સંખ્યા છે. સિમ્યુલેશન બોક્સની g (r) ની ગણતરી નીચેના સમીકરણનો ઉપયોગ કરીને કણોના વિભાજનને હિસ્ટોગ્રામ કરીને સરળતાથી કરી શકાય છે જ્યાં Na એ કણોની સંખ્યા છે, |rij | એ કણોની જોડી i, j ના વિભાજનની તીવ્રતા છે. આંતરિક ઊર્જા, ગિબ્સ મુક્ત ઊર્જા, એન્ટ્રોપી અને સિસ્ટમની એન્થાલ્પી જેવા મેક્રોસ્કોપિક થર્મોડાયનેમિક પરિમાણોની ગણતરી કરવા માટે અણુ સિમ્યુલેશનનો ઉપયોગ આંતરપરમાણ્વિક જોડી સંભવિત કાર્યો સાથે પણ થઈ શકે છે. કાચની રચનાના સિદ્ધાંતો અને માપદંડ કાચની રચનાના માળખાકીય સિદ્ધાંત, ઝાચારીઆસેન કાચનો અભ્યાસ કરતી વખતે, ઝાચારીઆસેને કાચમાં પુનરાવર્તિત ગુણધર્મોની નોંધ લેવાનું શરૂ કર્યું. તેમણે નિયમો અને પેટર્નની ધારણા કરી હતી કે, જ્યારે અણુઓ આ નિયમોનું પાલન કરે છે, ત્યારે તેઓ ચશ્માની રચના કરે તેવી શક્યતા છે. નીચેના નિયમો ઝાચારીઆસેનના સિદ્ધાંતને બનાવે છે, જે ફક્ત ઓક્સાઇડના ચશ્માને લાગુ પડે છે. કાચમાં દરેક ઓક્સિજન અણુને બે કરતા વધુ કાચ બનાવતા કેટાયન સાથે જોડી શકાય છે કાચ બનાવતા કેટાયનનો સંકલન નંબર 3 અથવા 4 છે ઓક્સિજન સંકલન પોલિહેડ્રા માત્ર ખૂણાઓ વહેંચે છે, ધાર અથવા ચહેરો નહીં દરેક પોલિહેડ્રાના ઓછામાં ઓછા 3 ખૂણાઓ વહેંચવા જોઈએ, જે સતત રેન્ડમ નેટવર્ક બનાવે છે. આ તમામ નિયમો સ્ફટિક નહીં પણ કાચ બનાવવા માટે યોગ્ય પ્રમાણમાં લવચીકતા પ્રદાન કરે છે. જ્યારે આ નિયમો માત્ર ઓક્સાઇડ ચશ્માને લાગુ પડે છે, ત્યારે તે કાચની રચના માટે સતત રેન્ડમ નેટવર્કના વિચારને સ્થાપિત કરનારા પ્રથમ નિયમો હતા. તેઓ વિવિધ ઓક્સાઇડ માટે માળખાકીય ભૂમિકાઓનું વર્ગીકરણ કરનારા પ્રથમ વ્યક્તિ પણ હતા, જેમાં કેટલાક મુખ્ય ગ્લાસ ફોર્મર્સ (SiO2, GeO2, P2O5) અને કેટલાક ગ્લાસ મોડિફાયર્સ (Na2O, CaO) હતા. કે. એચ. નું ઊર્જા માપદંડ સૂર્ય આ માપદંડએ રાસાયણિક બંધની શક્તિ અને તેની કાચ બનાવવાની વૃત્તિ વચ્ચે જોડાણ સ્થાપિત કર્યું. જ્યારે કાચની રચના કરવા માટે સામગ્રીને શાંત કરવામાં આવે છે, ત્યારે બંધ જેટલા મજબૂત હોય છે, કાચની રચના એટલી જ સરળ હોય છે. જો બોન્ડની મજબૂતાઈ બોન્ડ દીઠ 80 કિલો કેલરી (ઉચ્ચ બોન્ડની મજબૂતાઈ) કરતા વધારે હોય, તો તે ગ્લાસ નેટવર્ક બનાવશે, એટલે કે તે ગ્લાસ બનાવવાની શક્યતા છે. જો બોન્ડની મજબૂતાઈ બોન્ડ દીઠ 60 કિલો કેલરીથી ઓછી હોય (બોન્ડની ઓછી મજબૂતાઈ), તો તે ગ્લાસ નેટવર્કમાં ફેરફાર કરશે, કારણ કે તે ફક્ત નબળા બોન્ડ્સ બનાવશે, તે ગ્લાસ બનાવતા નેટવર્કને વિક્ષેપિત કરશે. જો બોન્ડની મજબૂતાઈ બોન્ડ દીઠ 60 અને 80 કિલો કેલરી (મધ્યવર્તી બોન્ડની મજબૂતાઈ) ની વચ્ચે હોય, તો તે મધ્યવર્તી હશે. આનો અર્થ એ છે કે તે તેના પોતાના પર કાચ બનાવશે નહીં, પરંતુ તે આંશિક રીતે અન્ય નેટવર્ક બનાવતા અણુઓ સાથે જોડાઈ શકે છે. ડાયટ્ઝેલના ક્ષેત્રની શક્તિનો માપદંડ ડાયટ્ઝેલે અણુઓ વચ્ચેની સીધી કોલોમ્બિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ પર ધ્યાન આપ્યું. તેમણે ક્ષેત્રની શક્તિનો ઉપયોગ કરીને કેટાયનનું વર્ગીકરણ કર્યું જ્યાં FS = zc/(rc + ra) 2, જ્યાં zc કેટાયનનો ચાર્જ છે, અને rc અને ra અનુક્રમે કેટાયન અને આયનની ત્રિજ્યા છે. ઉચ્ચ ક્ષેત્ર શક્તિ ધરાવતા કેટાયનમાં ઉચ્ચ કેટાયન-ઓક્સિજન બંધ ઊર્જા હશે. જો એફ. એસ. 1.3 (ઉચ્ચ ચાર્જ સાથે નાના કેટાયન) કરતા વધારે હોત, તો તે અગાઉના કાચ નેટવર્ક હોત જો એફ. એસ. 0.4 (નાના ચાર્જ સાથે મોટા કેટાયન) કરતા ઓછું હોત, તો તે કાચ નેટવર્ક મોડિફાયર હશે જો એફ. એસ. 0.4 અને 1.3 (મધ્યમ ચાર્જ સાથે મધ્યમ કદના કેટાયન) ની વચ્ચે હોત તો તે મધ્યવર્તી હોત. અન્ય તકનીકો ચશ્માની રચનાનો અભ્યાસ કરવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતી અન્ય પ્રાયોગિક તકનીકોમાં ન્યુક્લિયર મેગ્નેટિક રેઝોનન્સ, એક્સ-રે શોષણ ફાઇન સ્ટ્રક્ચર અને રમન સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી સહિત અન્ય સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી પદ્ધતિઓનો સમાવેશ થાય છે. અણુ માળખાનું વધુ સંપૂર્ણ અને વિગતવાર વર્ણન મેળવવા માટે પ્રાયોગિક માપનને કોમ્પ્યુટર સિમ્યુલેશન પદ્ધતિઓ સાથે જોડી શકાય છે, જેમ કે રિવર્સ મોન્ટે કાર્લો અથવા મોલેક્યુલર ડાયનામિક્સ સિમ્યુલેશન. નેટવર્ક ચશ્મા કાચની રચનાને લગતા પ્રારંભિક સિદ્ધાંતોમાં સ્ફટિકીય સિદ્ધાંતનો સમાવેશ થાય છે જેમાં કાચ એ સ્ફટિકીય પદાર્થો (અત્યંત નાના સ્ફટિકો) નો સમૂહ છે. જો કે, 1930ના દાયકામાં વોરેન અને સહકાર્યકરો દ્વારા એક્સ-રે વિવર્તનનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવેલા વિટ્રિયસ સી. ઓ. ઓ. 2 અને જી. ઓ. 2ના માળખાકીય નિર્ધારણમાં કાચની રચના આકારહીન ઘનની લાક્ષણિક હોવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું હતું. 1932માં ઝાચારીયાસેને કાચની રેન્ડમ નેટવર્ક થિયરી રજૂ કરી હતી જેમાં કાચમાં બંધનની પ્રકૃતિ સ્ફટિક જેવી જ હોય છે પરંતુ કાચમાં મૂળભૂત માળખાકીય એકમો સ્ફટિકીય સામગ્રીમાં સામયિક ગોઠવણીથી વિપરીત અવ્યવસ્થિત રીતે જોડાયેલા હોય છે. લાંબા અંતરના ક્રમના અભાવ હોવા છતાં, સ્થાનિક અણુ પોલિહેડ્રામાં રાસાયણિક બંધનની મર્યાદાઓને કારણે કાચની રચના ટૂંકા લંબાઈના ભીંગડા પર ઉચ્ચ સ્તરના ક્રમનું પ્રદર્શન કરે છે. ઉદાહરણ તરીકે, સિલિકા કાચમાં મૂળભૂત માળખાકીય એકમો બનાવતા સિઓ 4 ટેટ્રાહેડ્રા ઉચ્ચ સ્તરના ક્રમનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે, એટલે કે. દરેક સિલિકોન અણુ 4 ઓક્સિજન અણુઓ દ્વારા સંકલિત છે અને નજીકના પાડોશી Si-O બંધની લંબાઈ સમગ્ર માળખામાં માત્ર એક સાંકડી વહેંચણી દર્શાવે છે. સિલીકામાં ટેટ્રાહેડ્રા પણ રિંગ માળખાઓનું નેટવર્ક બનાવે છે જે આશરે 10 એંગસ્ટ્રોમ સુધીના વધુ મધ્યવર્તી લંબાઈના ભીંગડા પર ક્રમ તરફ દોરી જાય છે. ચશ્માની રચના કાચ સંક્રમણ તાપમાન ટી. જી. ની ઉપરના પ્રવાહીની રચનાથી અલગ છે જે એક્સ. આર. ડી. વિશ્લેષણ અને ત્રીજા અને પાંચમા ક્રમની બિન-રેખીય ડાઇલેક્ટ્રિક સંવેદનશીલતાઓના ઉચ્ચ-ચોકસાઇ માપન દ્વારા જાહેર થાય છે. કાચ સામાન્ય રીતે પ્રવાહીની સરખામણીમાં વધુ પ્રમાણમાં જોડાણ દ્વારા વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે. પ્રવાહી અને ચશ્માની રચનાના વૈકલ્પિક દૃશ્યોમાં ઇન્ટર્સ્ટિશ્યાલીસી મોડેલ અને સ્ટ્રિંગ જેવી સહસંબંધિત ગતિનું મોડેલ શામેલ છે. મોલેક્યુલર ડાયનામિક્સ કોમ્પ્યુટર સિમ્યુલેશન સૂચવે છે કે આ બે મોડેલો નજીકથી જોડાયેલા છે ઓક્સાઇડ ગ્લાસ ઘટકોને નેટવર્ક ફોર્મર્સ, મધ્યસ્થીઓ અથવા નેટવર્ક સંશોધકો તરીકે વર્ગીકૃત કરી શકાય છે. પરંપરાગત નેટવર્ક ફોર્મર્સ (દા. ત. સિલિકોન, બોરોન, જર્મેનિયમ) રાસાયણિક બંધોનું અત્યંત ક્રોસ-લિંક્ડ નેટવર્ક બનાવે છે. મધ્યસ્થી (દા. ત.) ટાઇટેનિયમ, એલ્યુમિનિયમ, ઝિર્કોનિયમ, બેરિલિયમ, મેગ્નેશિયમ, ઝિંક) કાચની રચનાના આધારે નેટવર્ક ભૂતપૂર્વ અથવા નેટવર્ક સંશોધક બંને તરીકે વર્તે છે. સંશોધકો (કેલ્શિયમ, સીસું, લિથિયમ, સોડિયમ, પોટેશિયમ) નેટવર્ક માળખામાં ફેરફાર કરે છે; તેઓ સામાન્ય રીતે આયનો તરીકે હાજર હોય છે, જે નજીકના બિન-બ્રિજિંગ ઓક્સિજન અણુઓ દ્વારા સરભર થાય છે, કાચ નેટવર્ક સાથે એક સહસંયોજક બંધ દ્વારા બંધાયેલ હોય છે અને નજીકના હકારાત્મક આયનની ભરપાઈ કરવા માટે એક નકારાત્મક ચાર્જ ધરાવે છે. કેટલાક તત્વો બહુવિધ ભૂમિકાઓ ભજવી શકે છે; દા. ત. લીડ નેટવર્ક ભૂતપૂર્વ (Pb4 + ને બદલે Si4 +), અથવા સંશોધક તરીકે બંને રીતે કાર્ય કરી શકે છે. નોન-બ્રિજિંગ ઓક્સિજનની હાજરી સામગ્રીમાં મજબૂત બંધની સંબંધિત સંખ્યાને ઘટાડે છે અને નેટવર્કને વિક્ષેપિત કરે છે, ઓગળવાની સ્નિગ્ધતામાં ઘટાડો કરે છે અને ઓગળવાનું તાપમાન ઘટાડે છે. ક્ષારયુક્ત ધાતુના આયનો નાના અને ગતિશીલ હોય છે; કાચમાં તેમની હાજરી અમુક અંશે વિદ્યુત વાહકતાને મંજૂરી આપે છે. તેમની ગતિશીલતા કાચની રાસાયણિક પ્રતિકારકતામાં ઘટાડો કરે છે, જે પાણી દ્વારા લીચિંગને મંજૂરી આપે છે અને કાટને સરળ બનાવે છે. આલ્કલાઇન પૃથ્વી આયનો, તેમના બે હકારાત્મક ચાર્જ અને તેમના ચાર્જની ભરપાઈ કરવા માટે બે નોન-બ્રિજિંગ ઓક્સિજન આયનોની જરૂરિયાત સાથે, ઘણી ઓછી ગતિશીલ હોય છે અને અન્ય આયનો, ખાસ કરીને આલ્કલીના પ્રસારને અવરોધે છે. સૌથી સામાન્ય વ્યાપારી કાચના પ્રકારોમાં આલ્કલી અને આલ્કલાઇન અર્થ આયનો (સામાન્ય રીતે સોડિયમ અને કેલ્શિયમ) બંને હોય છે, જે સરળ પ્રક્રિયા અને સંતોષકારક કાટ પ્રતિકાર માટે હોય છે. સલ્ફર અથવા ફ્લોરિન સંયોજનો સાથેની પ્રતિક્રિયા દ્વારા કાચની સપાટીમાંથી આલ્કલી આયનોને દૂર કરીને, કાચની કાટ પ્રતિકારકતામાં વધારો કરી શકાય છે. આલ્કલાઇન ધાતુના આયનોની હાજરી કાચની નુકસાનની સ્પર્શક અને તેના વિદ્યુત પ્રતિકાર પર પણ હાનિકારક અસર કરે છે; ઇલેક્ટ્રોનિક્સ (સીલિંગ, વેક્યૂમ ટ્યુબ, લેમ્પ) માટે ઉત્પાદિત કાચએ આને ધ્યાનમાં લેવું પડશે. સ્ફટિકીય SiO2 સિલિકા (રાસાયણિક સંયોજન SiO2) સંખ્યાબંધ અલગ સ્ફટિકીય સ્વરૂપો ધરાવે છેઃ ક્વાર્ટઝ, ટ્રાઇડીમાઇટ, ક્રિસ્ટોબાલાઇટ અને અન્ય (ઉચ્ચ દબાણ ધરાવતા પોલીમોર્ફ્સ સ્ટિશોવાઇટ અને કોઝાઇટ સહિત). લગભગ તે બધામાં ટેટ્રાહેડ્રલ SiO4 એકમોનો સમાવેશ થાય છે જે વિવિધ વ્યવસ્થાઓમાં વહેંચાયેલ શિરોબિંદુઓ દ્વારા એક સાથે જોડાયેલા હોય છે. વિવિધ સ્ફટિક સ્વરૂપો વચ્ચે સી-ઓ બંધની લંબાઈ બદલાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, α-ક્વાર્ટઝમાં બોન્ડની લંબાઈ 161 પી. એમ. છે, જ્યારે α-ટ્રાઇડીમાઇટમાં તે 154-171 પી. એમ. સુધીની હોય છે. સી-ઓ-સી બોન્ડ કોણ પણ α-ટ્રાઇડીમાઇટમાં 140° થી α-ક્વાર્ટઝમાં 144° થી β-ટ્રાઇડીમાઇટમાં 180° સુધી બદલાય છે. ગ્લેસી SiO2 આકારહીન સિલિકા (ફ્યુઝ્ડ ક્વાર્ટઝ) માં, SiO4 ટેટ્રાહેડ્રા એક નેટવર્ક બનાવે છે જે કોઈ લાંબા અંતરના ક્રમને પ્રદર્શિત કરતું નથી. જો કે, ટેટ્રાહેડ્રા પોતે ઉચ્ચ સ્તરના સ્થાનિક ક્રમને રજૂ કરે છે, એટલે કે. દરેક સિલિકોન અણુ 4 ઓક્સિજન અણુઓ દ્વારા સંકલિત છે અને નજીકના પાડોશી Si-O બંધની લંબાઈ સમગ્ર માળખામાં માત્ર એક સાંકડી વહેંચણી દર્શાવે છે. જો કોઈ સિલિકાના અણુ નેટવર્કને યાંત્રિક ટ્રસ તરીકે માને છે, તો આ માળખું આઇસોસ્ટેટિક છે, એ અર્થમાં કે અણુઓ વચ્ચે કામ કરતા અવરોધોની સંખ્યા પછીની ડિગ્રી ઓફ ફ્રીડમની સંખ્યા જેટલી છે. કઠોરતા સિદ્ધાંત અનુસાર, આ સામગ્રીને એક મહાન રચના ક્ષમતા બતાવવાની મંજૂરી આપે છે. વિસ્તૃત લંબાઈના ભીંગડા પર ક્રમના અભાવ હોવા છતાં, ટેટ્રાહેડ્રા રિંગ જેવી રચનાઓનું નેટવર્ક પણ બનાવે છે જે મધ્યવર્તી લંબાઈના ભીંગડા (આશરે 10 એંગસ્ટ્રોમ અથવા તેથી વધુ) પર ક્રમ તરફ દોરી જાય છે. ઉચ્ચ દબાણ (આશરે 40 જી. પી. એ.) સિલિકા ગ્લાસના ઉપયોગ હેઠળ ઓક્ટાહેડ્રલ સ્વરૂપમાં સતત પોલીમોર્ફિક તબક્કાના સંક્રમણમાંથી પસાર થાય છે, એટલે કે. સી પરમાણુઓ આજુબાજુના દબાણ ટેટ્રાહેડ્રલ કાચમાં ચારને બદલે 6 ઓક્સિજન અણુઓથી ઘેરાયેલા છે. ગ્લાસ લિક્વિડ પોલિઆમોર્ફિઝમ આકારહીન ઘન રાસાયણિક માળખું એક્સ-રે વિવર્તન ન્યુટ્રોન વિવર્તન સપાટી સ્તર માળખું પરિબળ જોડી વિતરણ કાર્ય વધુ વાંચન સંદર્ભો કન્ડેન્સ્ડ દ્રવ્ય ભૌતિકશાસ્ત્ર ગ્લાસ ભૌતિકશાસ્ત્ર પ્રવાહી