Стеклообразное состояние

Стекло очень непростое вещество, как может показаться на первый взгляд. Стекло является одним из твердых материалов находящихся в аморфном(стеклообразном) состоянии. Для этого состояния характерно наличие некоторых специфических физико-химических особенностей, выделяющих стеклообразные вещества среди других тел.  К числу таких свойств относятся: 

1. Изотропность стеклообразных веществ. То есть в данном случае, одинаковость всех свойств во всех направлениях в структуре вещества. 

2. Стеклообразное состояние характеризуется избытком внутренней энергии по сравнению с внутренней энергией того же вещества в кристаллической форме. 

3. Стекло отличается от кристаллических веществ поведением в процессе перехода из расплавленного в твердое состояние. В отличие от расплавов кристаллических веществ, для которых характернорезкое повышение вязкости при температуре кристаллизации и скачкообразный переход в твердое состояние, расплавы стекол при понижении температур делаются все более и более вязкими и в конце концов становятся механически твердым телом. Таким образом, процесс перехода из жидкого состояния в твердое стеклообразное совершается в более или менее широком интервале температур. Следует отметить, что переход из жидкого состояния в твердое является обратимым и может быть повторен при соблюдении определенных режимов множество раз.
Графическая зависимость свойств стеклообразных веществ от температуры в диапазоне, отвечающем рассматриваемому переходу, изображена на рис. 30. На кривых 1 и 2 имеются три характерных участка, или области: участок (а—b и а'—b'), отвечающий низким температурам, где свойства изменяются прямолинейно с температурой, участок (с—d и с'—d'), отвечающий высоким температурам, с аналогичной прямолинейной зависимостью свойств от температуры, промежуточный (b—с и b'—с') участок с криволинейной зависимостью свойств от температуры. Точки перехода низкотемпературной и высокотемпературной областей в промежуточную обозначают t_g и t_f . Они являются весьма характерными для любых стеклообразующих веществ. tg — температура, ниже которой стекло становится хрупким, а t_f — температура, выше которой в стекле проявляются свойства, типичные для жидкого состояния. Для обычных технических стекол t_g составляет примерно 420...560°С, а t_f — 680...700°С. 

Весьма характерной для стекла является и сама область ограничения точками t_g и t_f , называемая часто аномальным интервалом. Внутри этого температурного интервала стекло существует в пластическом состоянии. В этой температурной области все свойства стекол непрерывно изменяются, в частности, такие свойства как плотность, показатель преломления, коэффициент расширения, вязкость, теплоемкость, энтальпия и др.

C учетом всех физико-химических особенностей стеклообразных веществ ученые дали следующее определение стекла:

стеклом называются все аморфные тела, получаемые путем переохлаждения расплава, независимо от их химического состава и температурной области затвердевания, и обладающие в результате постепенного увеличения вязкости механическими свойствами твердых тел, причем процесс перехода из жидкого состояния в стеклообразное должен быть обратимым. 

Источник: Горшков В.С., Савельев В.Г., Федоров Н.Ф. Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений. — М.: Высш. шк. — 1988. — С. 123.