درجة حرارة التحول الزجاجي

نظرة بسيطة على درجة حرارة التحول الزجاجي للمواد (Tg) هي درجة الحرارة التي تكون أسفلها الجزيئات لها قدرة صغيرة على الحركة.^[1][2][3] وعلى المستوى الأكبر, البوليمرات تكون عندها صلبة وهشة تحت درجة حرارة الأنتقال الزجاجية، ويمكن أن يحدث لها تشوه لدن (plastic deformation) عندما تكون درجة الحرارة أعلى منها. Tg غالبا ما تطبق على الحالة غير المتبلورة وبصفة عامة تطبق على الزجاج واللدائن.

ولفهم Tg بصورة جيدة يجب فهم آلية الفقد الميكانيكي (الشكل الاهتزازي والرنيني) لمجموعة فعالة معينة (غالبا ما تكون متاحة) وكذلك الترتيبات الجزيئية. العوامل مثل المعاملة الحرارية وإعادة الترتيبات الجزيئية، وجود أماكن فارغة، تساعد الإجهاد والعموامل الأخرى التي تؤثر على ظروف المادة يمكن أن تؤثر على Tg بطريقة بسيطة أو كبيرة. Tg منفصلة عن الخاصية اللزجة مرنة للمواد، وعلى هذا تتغير بتغير معدل تطبيق الحمل (سيلي بوتي مثال جيد لهذا حيث أنها تنساب مثل العجينة عند شدها ببطيء ولكنها تتفتت عند شدها بسرعة).

في البوليمرات, Tg يعبر عنها على أنها درجة الحرارة التي تم عنده تخطى طاقة جيبس الحرة والتي تماثل طاقة التنشيط اللزمة لعمل حركة لخمسين وحدة تقريبا من البوليمر. وهذا يسمح للسلاسل الجزيئية للانزلاق على بعضها البعض عند تطبيق قوة. ومن هذا التعبير، يمكن أن نرى أن تقديم السلاسل الجانبية والمجوعات الكيميائية الصلبة نوعا ما (مثل حلقات البنزين) سيتداخل مع العمليات اللاحقة وبالتالي Tg.

في الزجاج (متضمنا المواد اللابلورية والهلام). Tg تتناسب مع الطاقة اللازمة لكسر وإعادة الرابطة التساهمية إلى درجة إلى حد ما غير كاملة شكل شبكي ثلاثي الأبعاد للرابطة التساهمية. وعلى هذا تتأثر Tg بكيمياء الزجاج. فمثلا بإضافة B, Na, K or Ca إلى الزجاج ولهم تكافؤ أقل من 4 ويساعدوا في كسرالشكل الشبكي ثلاثي الأبعاد ويقلل Tg. وبإضافة P والذي له تكافؤ خماسي فإنه يساعد في الحصول على شكل شبكي ثلاثي الأبعاد، ويزيد Tg.

كارثة مركبة الفضاء تشالينجر كانت بسبب حلقة مطاطية كانت في درجة حرارة أقل من درجة حرارة الانتقال الزجاجية ولذلك لم تكن مرنة بالطريقة الملائمة لتكون مانع مناسب حول أحد محركات الصاروخ الصلبة.

درجة الانتقال الزجاجية لبعض المواد:

مراجع

موسوعات ذات صلة :

• موسوعة الفيزياء
• موسوعة كيمياء فيزيائية
• موسوعة الكيمياء