Amorf Katılar: Cam Aslında Sıvı Olabilir mi? Yoksa Sadece Amorf Bir Katı mı?

Orta çağ Avrupa'sının katedrallerinin camları bazen tuhaf görünebilir. Bazı katedrallerin pencere camlarının yere yakın olan kısmının uzak olan kısma göre daha kalın olduğunu gözlemlemiş olabilirsiniz. Peki bu, katı camın eridiği anlamına mı geliyor?

Bu durumu gören bazı internet kullanıcıları, hatta kimya öğretmenleri camın aslında aşırı soğutulmuş bir sıvı (İng: "supercooled liquid") olduğunu söylüyor.

Halbuki cam ne aşırı soğutulmuş bir sıvı ne de katıdır. Cam amorf bir katıdır ve amorf katılar, sıvı ile katı arası bir halde bulunmaktadır. Buna karşın camın sıvılara benzer özellikleri, cam atomlarının aşırı yavaş hareketinden ötürü eski pencerelerin alt kısımlarının daha kalın olmasını açıklamaya yetmez.

Katılar oldukça organize bir atom yapısına sahiptir. Wisconsin Üniversitesi'nde kimya profesörü olan Mark Ediger, bazı katıların kristal yapıları olduğunu, böylece milyonlarca atomun aynı sırada hizalanabildiğini söylemektedir. Mark sıvı ve camların aynı yapıya sahip olmadığını da belirtmektedir. Camlar sıvılardan daha organize yapıya sahiptir, ancak kristal katılar kadar organize değillerdir. Mark Ediger "amorf" kelimesinin kristal katı yapısı kadar uzun sıralı olmayan atom dizilişi ve tuttuğunuz zaman şeklini koruyan katı olduğu anlamına geldiğini belirtmektedir.

Cam, yapım aşamasındayken sıvı halde hızlıca soğutma işlemine tabi tutulur; ancak bu soğutma işlemi sırasında katılaşma gözlenmemektedir. Bu aşamadayken sıvı ile cam arası bir form olan aşırı soğutulmuş sıvı durumu gözlemlenir. Cam, amorf katı olabilmesi için geçiş sıcaklığının altına kadar soğutulmaya devam edilmektedir. Bu geçiş noktası sıcaklığı aşıldığında moleküler hareket neredeyse durma haline gelir ve madde artık cam adını alır. Bu yeni yapı, kristal katılar kadar organize olamamıştır çünkü cam molekülleri donmamışlardır, ancak sıvılardan daha organizedir. Mark Ediger günlük hayatta cama organize olamamış bir katı olarak yaklaşmanın pratik amaçlarla daha mantıklı olduğunu belirtmektedir.

Bu organize olmayan katılar her ne kadar çok yavaş da olsa sıvılar gibi akabilmektedir. Mark Ediger, cam moleküllerinin uzun zaman aralıklarında daha stabil olan kristalize bir yapıya doğru kaydıklarını belirtmektedir. Moleküller, cama geçiş sıcaklığına ne kadar yakınsa o kadar hızlı; ne kadar uzaksa o kadar yavaş hareket etmektedir. Bu nedenle cam oda sıcaklığında daha katı görünmektedir.

Ancak camın akışına sebep olan şey ne olursa olsun antik zamanlardan kalma pencerelerin alt kısımlarda daha kalın olmasını açıklamamaktadır. Hatta daha eski zamanlardan kalma gözlükler aynı erimiş görüntüye sahip olmamaktadır. Corning Cam Müzesi'nde antika cam araştırmacısı olan Robert Brill, Antik Mısır'dan kalma cam kapların bahsettiğimiz şekilde bir sarkma yapmadıklarını belirtmektedir. Üstüne üstlük Mark Ediger katedrallerdeki camların cama geçiş sıcaklığının çok altında bulunmalarından dolayı akmamaları gerektiğini belirtmektedir. Çünkü yapılan matematiksel modellere göre oda sıcaklığında bulunan katedral camının akıp bahsedilen şekle ulaşması evrenin varlığından bile daha geniş bir periyot gerektirmektedir.

Pixabay

Bu nedenle Avrupai camların bir uçta daha kalın olma nedeni muhtemelen camın yapılma şeklidir. O zamanlarda camlar bir tüpün içine hava üflenerek oluşan balonların düzleştirilmesi ile yapılmaktaydı. Bu şekilde üretilen camlar hiçbir zaman dümdüz olmamış olabilir ve işçiler bir nedenden ötürü camı daha kalın olan kısmı alt tarafa gelecek şekilde yuvaya takmış olabilir. Bu durum da camın akmış gibi görünmesine neden olmuş olabilir, ama tüm bunlar camın bildiğimiz anlamıyla bir sıvı olduğu anlamına gelmemektedir.