Glass formation
شیشہ ایک بے ساختہ ٹھوس ہے جس میں مکمل طور پر طویل فاصلے تک دورانیے کی جوہری ساخت کا فقدان ہے جو شیشے کی تبدیلی کے علاقے کو ظاہر کرتا ہے۔ اس وسیع تعریف کا مطلب یہ ہے کہ کوئی بھی مواد چاہے وہ نامیاتی ہو، غیر نامیاتی ہو، دھاتی ہو وغیرہ۔ فطرت میں شیشہ بن سکتا ہے اگر یہ شیشے کی تبدیلی کے رویے کو ظاہر کرتا ہے۔ تاہم 1900 سے پہلے بہت کم غیر سلیکیٹ شیشے معلوم تھے اور تیار کردہ نظریات نتیجتا سلیکیٹ پگھلنے (سلکان اور آکسیجن پر مشتمل مرکبات) کے موجودہ مشاہدات سے بہت زیادہ متاثر ہوئے تھے۔ ان نظریات کو شیشے کی تشکیل کے ساختی نظریات کے عنوان کے تحت گروپ کیا گیا ہے۔ بعد کے سالوں میں بہت سے غیر سلیکیٹ شیشے دریافت کیے گئے اور آج یہ تسلیم کیا جاتا ہے کہ تقریبا کوئی بھی مواد صحیح تجرباتی حالات کو دیکھتے ہوئے شیشہ بنانے کی صلاحیت رکھتا ہے اور توجہ تبدیل ہو گئی ہے کہ کون سا مواد شیشہ بنائے گا اور کون سے حالات میں کوئی خاص مواد شیشہ بنائے گا۔ مزید حالیہ نظریات شیشے کی تشکیل کے پیچھے حرکیات پر توجہ مرکوز کرتے ہیں اور شیشے کی تشکیل کے ان حرکی نظریات نے بڑی حد تک پہلے کے ساختی نظریات کی جگہ لے لی ہے۔ شیشے کی تشکیل کے ساختی نظریات شیشے کی تشکیل کے پہلے ساختی نظریات میں وہ تھا جو گولڈشمٹ نے تیار کیا تھا جس نے کہا تھا کہ عام فارمولا RnOm کے شیشے شیشے بنائیں گے جب کیشن اور آکسیجن کے آئنک ریڈیائی کا تناسب 0.0 سے 0.4 کی حد میں ہو۔ جب یہ حالت درست ہوتی ہے تو کیشن 4 آکسیجن ایٹموں سے جڑا ہوتا ہے اور اس میں ٹیٹراہیڈرل کوآرڈینیشن ہوتی ہے۔ اس طرح گولڈشمٹ نے اس سے یہ نتیجہ اخذ کیا کہ ٹھنڈک پر صرف ٹیٹراہیڈرل کوآرڈینیشن والے کیٹیشن شیشے تشکیل دیں گے۔ یہ نتیجہ تجرباتی تھا اور گولڈشمٹ نے اس مشاہدے کی وضاحت کرنے کی کوئی کوشش نہیں کی۔ گولڈشمٹ کے خیالات کو زکریاسن نے بڑھایا جس نے یہ بتانے کی کوشش کی کہ بعض کوآرڈینیشن نمبر شیشے کی تشکیل کے حق میں کیوں ہیں۔ انہوں نے نوٹ کیا کہ سلیکیٹس جو پگھلنے اور ٹھنڈا ہونے کے بعد شیشے بنانے کے بجائے دوبارہ کرسٹلائز کرنے کے بجائے نیٹ ورک ڈھانچے تشکیل دیتے ہیں جو ٹیٹراہیڈرا پر مشتمل ہوتے ہیں جو چاروں کونوں پر غیر وقتی غیر ہم آہنگ انداز میں جڑے ہوتے ہیں (ان کرسٹل کے برعکس جو وقتا فوقتا اور ہم آہنگ ہوتے ہیں۔ یہ نیٹ ورک تینوں جہتوں میں اس طرح پھیلتے ہیں کہ شیشے کا اوسط طرز عمل ایک جیسا ہوتا ہے-شیشے کی خصوصیات آئسوٹروپک ہوتی ہیں۔ اسے اپنی بنیاد کے طور پر استعمال کرتے ہوئے زکریاسن نے یہ نتیجہ اخذ کیا کہ شیشہ بنانے کی صلاحیت ان نیٹ ورکس کو بنانے کی صلاحیت پر منحصر ہے۔ اس کے بعد انہوں نے اس طرح کے نیٹ ورک کی تشکیل کے لیے ضروری شرائط کی وضاحت کی، جس کی انہوں نے مندرجہ ذیل تعریف کی: ایک آکسیجن ایٹم کو دو سے زیادہ کیٹیشن سے نہیں جوڑا جا سکتا بصورت دیگر غیر دورانیے والے نیٹ ورک کی تشکیل کے لیے درکار بانڈ اینگلز میں تغیر حاصل نہیں کیا جا سکتا۔ آکسیجن ایٹموں کی تعداد 3 یا 4 سے کم ہونی چاہیے، جو اس حقیقت کی بنیاد پر تجرباتی طور پر طے شدہ حالت تھی کہ اس وقت معلوم ہونے والے واحد شیشے مثلث یا ٹیٹراہیڈرل مربوط کیٹیشن سے بنے تھے۔ سہ جہتی ڈھانچہ حاصل کرنے کے لیے پولی ہیڈرون کے کم از کم 3 کونوں کو بانٹنا ضروری ہے اور پولی ہیڈر کو صرف کونوں پر جوڑا جا سکتا ہے (وہ کناروں یا چہروں کو بانٹتے نہیں ہیں)۔ انہوں نے یہ بھی کہا کہ شیشے کی تشکیل کے لیے پگھلنے کو مناسب حالات میں ٹھنڈا کیا جانا چاہیے، شیشے کی تشکیل کے بعد کے حرکی نظریات کی پیش گوئی کرتے ہوئے۔ زکریاسن کے دیگر بیانات کو شیشے کی تشکیل کے ماڈلز کی ایک کلاس کی بنیاد کے طور پر استعمال کیا گیا جسے بے ترتیب نیٹ ورک تھیوری کہا جاتا ہے۔ تاہم، اپنے اصل کام میں زکریاسن نے بے ترتیب نیٹ ورک کی اصطلاح استعمال نہیں کی بلکہ "وٹریس نیٹ ورک" استعمال کرنے کو ترجیح دی کیونکہ ساخت واقعی بے ترتیب نہیں ہے اور ایٹموں کے درمیان کم سے کم فاصلے سے محدود ہے۔ اس کے نتیجے میں تمام بین جوہری فاصلے یکساں طور پر ممکنہ نہیں ہوتے ہیں اور شیشوں کے لیے مشاہدہ شدہ ایکس رے پیٹرن وٹریس نیٹ ورک کا نتیجہ ہوتے ہیں۔ شیشے کی تشکیل کے دیگر ساختی نظریات کیٹیشن اور آئنوں کے درمیان بندھن کی نوعیت پر مرکوز ہیں۔ مثال کے طور پر، سمیکل نے تجویز کیا کہ صرف وہ بند جو پگھلنے میں خالص آئنک اور خالص طور پر کوولینٹ کے درمیان واقع ہوتے ہیں وہ شیشے کی تشکیل کی اجازت دیں گے۔ انہوں نے یہ تجویز اس بنیاد پر پیش کی کہ آئنک بانڈز میں نیٹ ورک بنانے کے لیے درکار سمت کی کمی ہے اور یہ کہ کوولینٹ بانڈز غیر دورانیے والے نیٹ ورک کی تشکیل کے لیے درکار تغیر کو روکنے کے لیے سخت بانڈ اینگلز کو نافذ کریں گے۔ اسٹین ورتھ نے اس مخلوط بانڈ کے تصور کی بہتر مقدار طے کرنے کی کوشش کی اور کیشن کی برقی منفییت کی بنیاد پر آکسائڈز کو تین گروپوں میں تقسیم کیا۔ گروپ مندرجہ ذیل تھے: نیٹ ورک بنانے والے: کیٹیشن جو قریب 50 فیصد آئنک کردار کے ساتھ آکسیجن کے ساتھ بانڈ بناتے ہیں وہ اچھے شیشے انٹرمیڈیٹس تیار کرتے ہیں: آکسیجن کے ساتھ قدرے زیادہ آئنک بانڈ بناتے ہیں حالانکہ شیشے خود نہیں بن سکتے لیکن وہ جزوی طور پر نیٹ ورک کے سابقہ طبقے کے کیٹیشن کو تبدیل کر سکتے ہیں۔ ترمیم کنندگان: بہت کم الیکٹرونگیٹیویٹی والے کیٹیشن جو آکسیجن کے ساتھ انتہائی آئنک بانڈ بناتے ہیں، یہ کبھی بھی نیٹ ورک بنانے والوں کے طور پر کام نہیں کرتے اور صرف نیٹ ورک بنانے والوں کے بنائے ہوئے ڈھانچوں میں ترمیم کر سکتے ہیں۔ شیشے کی تشکیل میں بانڈ کی طاقت کو بھی ایک اہم عنصر کے طور پر تجویز کیا گیا تھا۔ سن نے استدلال کیا کہ شیشوں کی تشکیل کے لیے مضبوط بندھن اہم ہیں کیونکہ وہ ٹھنڈک کے دوران مواد کو کرسٹل ڈھانچے میں دوبارہ ترتیب دینے سے روکتے ہیں، اس لیے شیشے کی تشکیل میں سہولت فراہم کرتے ہیں۔ بانڈ کی طاقت جس کا انہوں نے حوالہ دیا وہ گیسس مرحلے میں آکسائڈ کی ساخت کو بانڈ کی تعداد سے تقسیم کرنے کے لیے درکار توانائی سے دی جا سکتی ہے۔ اگرچہ اس ماڈل سے ایسے نتائج برآمد ہوئے جو پچھلے مشاہدات کے مطابق تھے، لیکن اس سے شیشے کی تشکیل کے بارے میں کوئی نئی بصیرت نہیں ملی۔ راؤسن نے استدلال کیا کہ سورج نے اپنے ماڈل میں درجہ حرارت کی اہمیت کو نظر انداز کیا جس سے یہ پتہ چلتا ہے کہ زیادہ پگھلنے والے مقامات بانڈ میں خلل ڈالنے کے لیے زیادہ توانائی پیدا کرتے ہیں جبکہ کم درجہ حرارت کم توانائی برداشت کرتا ہے۔ انہوں نے استدلال کیا کہ کم پگھلنے والے درجہ حرارت اور اعلی بانڈ کی طاقت والا مواد بانڈ کی اسی طرح کی طاقت والے لیکن بہت زیادہ پگھلنے والے نقطہ والے شیشے سے بہتر ہوگا۔ اگرچہ سنگل کیشن آکسائڈز پر اس ماڈل کا اطلاق سن ماڈل کے اطلاق کے نتائج کو بہتر بنانے کے لیے بہت کم کام کرتا ہے، لیکن یہ بورک آکسائڈ کی بہترین شیشے کی تشکیل کی خاصیت اور بائنری اور ٹرنیری سسٹمز تک توسیع کی پیش گوئی کرتا ہے کہ شیشے کی تشکیل میں آسانی پیدا ہوتی ہے۔ یوٹیکٹکس کے قریب کمپوزیشن کے لیے بہتر کیا جانا چاہیے۔ یہ مشاہدہ اکثر کیا گیا ہے اور اسے "مائع درجہ حرارت کا اثر" کہا جاتا ہے۔ اس کی ایک مثال یوٹیکٹک کے قریب کے علاقے میں CaO-Al2O3 بائنری کی شیشے کی تشکیل ہے۔ شیشے کی تشکیل کے حرکی نظریات شیشے کی تشکیل کے ساختی نظریات صرف شیشے کی تشکیل کی نسبتا آسانی پر غور کرتے ہیں۔ وہ مواد جو معتدل کولنگ ریٹ کے تحت شیشے بناتے ہیں انہیں گڈ گلاس فارمرز کہا جاتا ہے، جن کو تیزی سے کولنگ ریٹ کی ضرورت ہوتی ہے انہیں پور گلاس فارمرز کہا جاتا ہے اور جن کو انتہائی کولنگ ریٹ کی ضرورت ہوتی ہے انہیں نان گلاس فارمرز کہا جاتا ہے۔ جیسا کہ اب یہ تسلیم کیا جاتا ہے کہ تقریبا کوئی بھی مواد درست تجرباتی حالات کو دیکھتے ہوئے شیشے کی تشکیل کے قابل ہے، شیشے کی تشکیل کے حرکی نظریات کا مرکز یہ شناخت کرنا ہے کہ شیشے کی تشکیل کے لیے کسی نظام کو کتنی تیزی سے ٹھنڈا کیا جانا چاہیے اور پتہ لگانے کے قابل کرسٹلائزیشن سے بچنا چاہیے، بجائے اس کے کہ کوئی نظام شیشے کی تشکیل کرے گا یا نہیں۔ حوالہ جات گلاس