Застаклување

Застаклување или (витрификација од латинскиот збор vitreum, „стакло“ преку францускиот збор vitrifier) — претворањето на една супстанца во стакло,^[1] за кое може да се каже дека е не кристална аморфна цврста супстанца. Причина за непропустливоста на керамиката на вода.^[2]

Застаклувањето вообичаено се постигнува со загревање на материјалите сè додека не се претворат во течност, за подоцна брзо да се излади течноста, така што минува низ стаклен премин за да создаде застаклена цврста сустанца. Одрдедни хемиски реакција исто така предизвикуваат застаклување. Во поширока смисла, доведувањето на материјалот да поседува стаклена матрица е процес наречен витрификација. Важна примена е застаклувањето на радиоактивниот отпад со цел да се добие стабилно соединение кое ќе може лесно да се исфрли.

Гледано хемиски, застаклувањето е карактеристично за аморфните материјали или пак неподредените системи и настанува кога врските меѓу елементарните честички (атоми, молекули, градежни целини) имаат повисока вредност од определена гранична вредност.^[3] Топлинските промени ги нарушуваат овие врски па така колку што е пониска темепературата толку е поголема и меѓусебната поврзаност. Од оваа причина аморфните материјали имаат карактеристична гранична температура која се нарекува, температура на стаклен премин (T_g): под T_g аморфните материјали се стаклени над T_g тие се растопени.

Најчеста примена е изработката на керамика, стакло, и некои видови на храна, но постојат и други примени како што е застаклувањето на противзамрзнувачка течност при криопрезервација.

Керамика

Застакувањето е постепена парцијална спојување на глина или тело како резултат на печење. Притоа пропорцијата на стаклената врска се зголемува, а порозноста на производот постепено се намалува.^[2][4] Стаклените тела имаат отворена порозност и можат да бидат непровидни или проѕирни. Во однос на ова 'нулта порозност'; може да се дефинира како апсорпција на вода помала 1%. Меѓутоа асорпцијата на вода зависи од различните стандарни процедури.^[5][6][7] Пример за тоа дава изјавата на ASTM: „Терминот стаклена генерално означува асорпција помала од 0,5%, освен за плочки за под и ѕид и нисковолтажни изолатори кои се смета дека се стаклени ако имаат и до 3% апсорпција на вода.“ ^[8]

Глазирањето не е доволно за грнчаријата да биде непропустлива за вода. Порцеланот и санитаријата се примери за застаклена керамика кои се водоотпорни и без глазирање. Камената керамика може да се застаклени или полузастаклени, при што во вториот случај таа не би била непропустлива за вода без глазирање.^[2][9][10]

Други примени

Кога сахарозата се лади бавно се претворна во кристализиран шеќер, но кога се лади нагло може да се преобрази во сладникава шеќерна волна. При процесот на застаклување цврстиот отпад е изложен на топлина и се претвора во супстанција налик стакло.

Застаклување може исто така да започне со течност, како на пример вода, најчесто со многу брзо ладење или со доведување на додатоци кои го потиснуваат создавањето на кристали со мраз. Ова е различно од обичното замрзнување што е резултат на создавањето на кристалите со мраз. Додатоците кои се користат во криобиологија или што се природно создадено од организмите кои живеат во поларните региони се нарекуваат криозаштитници (заштита од замрзнување).

Поларните жаби и некои други ектотермични животни природно произведуваат глицерол или гликоза во нивниот црн дроб за да го намалат создавањето на мраз. Кога поларните жаби гликозата ја употребуваат како криозаштитник, големи количества на гликоза се ослободуваат под ладна температура и посебна форма на инсулин кој дозволува дополнителната гликоза да навлезе во клетките. Кога жабата се затоплува преку пролет, дополнителната гликоза мора брзо да се отстрани,но и да се зачува. Поларните инсекти исто така користат заштита од замрзнување. Поларните риби користат противзамрзнувачки белковини, понекогаш поврзани со шеќери како заштита од замрзнување.

Примени

Обична стаклена чаша, која се користи за пиење, е создадена со додавање на натриум карбонат и лимета (калциум оксид) за силициум диоксид. Без овие додатоци за да се стопи силициум диоксидот ќе биде потребно да се обезбедат високи температури и со постепено ладење да се добие стакло.

Застаклувањето е докажана техника за олсободување на долговековниот јадрен отпад или другите штетни отпадоци ^[11] со метод наречен геотопење. Отпадокот е измешан со хемикалии кои создаваат стакло во печка за да се создаде стопено стакло кое подоцна се лади во облик на канистри, на тој начин го спречува движењето на отпадот. Конечниот изглед наликува на обсидиан што всушност претставува непротекувачки материјал, а воедно е и издржлив материјал кој делотворно го заробува отпадот во својата внатрешност. Отпадот може на овој начин да се складира на релативно долги периоди без да се има на ум опасноста од загадување на воздухот од страна на отпадот или пак на подземните води со радиоактивност. За да настане целосно застаклување се користат електроди за да се стопи почвата и отпадот каде тие биле закопани. Вака стврднатиот отпад може да се отстрани со помала опасност за понатамошно ширење на опсаноста од радиоактивното зрачење. Според Тихоокеанската северозападна национална лабораторија, „Застаклувањето го заробува опасниот материјал во облик на стакло кое ќе трае со илијадници години.“ ^[12]

Застаклување при криозачувување се користи како вообичаен метод за зачувување на пример на човековите јајчени клетки и ембриони. Со години се користел глицеролот кој бил употребуван во криобиологијата како криозачтитник на црвените крвни зрнца и семената течност на биковите со што се овозможувале на истите во течен азот. Сепак, глицеролот не може да се употреби за да се заштитат сите органи од оштетување. Наместо тоа многу биолошки компании вршат истражувања во потрага на други криозаштитни супстанци. Успешно откритие би довело до можност за целосно криогениско складирање на транспланционите човечки и ксенобиотички органи. Во оваа насока се постигнато одредени успеси. Медицината на XXI век успешно застаклила бубрег на зајак на -135 °C со соодветен застаклувачки коктел. По затоплувањето бубрегот бил успешно пресаден на друг зајак со целосна функционалност.^[13]

Моментално, техниките на застаклувањето се применети на мозоци во процес наречен неврозастаклување и на горниот дел од телото, но истражувањата продолжуваат и понатаму.

Поврзано

• Криогеника
• Кристализација
• Суперладење
• Застаклена тврдина

Наводи

1. A.K. Varshneya. Fundamentals of inorganic glasses. Sheffield: Society of Glass Technology, 2006.
2. Arthur Dodd & David Murfin. Dictionary of Ceramics; 3rd edition. The Institute of Minerals, 1994.
3. M.I. Ojovan, W.E. Lee. Connectivity and glass transition in disordered oxide systems J. Non-Cryst. Solids, 356, 2534-2540 (2010).
4. 'Role Of Accessory Minerals On The Vitrification Of Whiteware Compositions.' N.M.Ghoneim; E.H.Sallam; D.M. Ebrahim. Ceram.Int. 16. No.1. 1990.
5. Whitewares: Production, Testing and Quality Control. William Ryan & Charles Radford. Institute of Materials, 1997
6. 'Methods Of Extending The Narrow Vitrification Range Of Clays.' E.V. Glass & Ceramics 36, (8), 450, 1979.
7. 'Control Of Optimum Vitrification In Vitreous And Porcelain Bodies.' E.Signorini. Ceram.Inf. 26. No.301. 1991
8. ASTM C242-01. 'Standard Terminology Of Ceramic Whitewares and Related Products'.
9. 'Body Builders.' J.Ahmed. Asian Ceramics. June 2014
10. 'An Introduction To The Technology Of Pottery.' Paul Rado, Institute of Ceramics. 1988.
11. M.I. Ojovan, W.E. Lee. Glassy wasteforms for nuclear waste immobilisation. Metallurgical and Materials Transactions A, 42 (4), 837-851 (2011).
12. „Waste Form Release Calculations for the 2005 Integrated Disposal Facility Performance Assessment“ (PDF). PNNL-15198. Pacific Northwest National Laboratory. July 2005. Посетено на 2006-11-08.
13. Fahy GM; Wowk B; Pagotan R; Chang A; и др. (2009). „Physical and biological aspects of renal vitrification“. ORGANOGENESIS. 5 (3): 167–175. doi:10.4161/org.5.3.9974. PMC 2781097. PMID 20046680.

Надворешни врски

• Steven Ashle (June 2002). „Divide and Vitrify“ (PDF). Scientific American. Посетено на May 10, 2015.
• Stefan Lovgren, "Corpses Frozen for Future Rebirth by Arizona Company", March 2005, National Geographic (magazine)