Cam yapı itibari ile içinde birçok soruyu barındıran bir malzemedir, bir nevi bilmece gibidir. Çünkü kullanıldığı alanı korumak için yeterince sağlam ve sert bir malzeme olmasının yanında kolaylıkla kırılarak paramparça olabilir. Ayrıca, opak kumdan yapılmış olmasına rağmen tamamen şeffaftır. Ve belki de en şaşırtıcısı olan özelliği katı bir malzeme gibi davranan bir malzeme olmasının yanında, aynı zamanda adeta şekil değiştirmiş bir tür sıvı formunda olmasıdır!
Çevremize baktığınızda hemen hemen her yerde cam görebilirsiniz; mesela en yakın örnek evinizin çoğu odasında bir cam pencere bulunur ve muhakkak birden fazla ayna vardır, ya da herkesin evinde en az bir cam ampul bulunur. Cam, dünyanın en eski ve en çok yönlü insan yapımı malzemelerinden biridir. Bu yazıda camın özellikleri, kullanım alanları, yapılışı ve özellikleri hakkında bilgiler bulunmaktadır.
Cam Nedir?
Görünüm itibari ile inanması güç olsa da cam sıvı kumdan yapılır. Herkes tarafından bilinen kumu (genellikle silikon dioksitten) eriyip ve sıvı hale gelinceye dek ısıtıldığında cam elde edilebilir. Kum 1700°C (3090°F) olan sıcaklıkta erir ve erimiş kum soğuduğunda, başladığınız kumlu sarı maddeye geri dönmez. Yani kısaca tam bir dönüşüm geçirir ve tamamen farklı bir iç yapı kazanır. Ancak kumu ne kadar soğutursanız soğutun, asla katılaşmaz, katılaşmak yerine amorf olarak adlandırılan bir çeşit donmuş sıvı olan bir malzemeye dönüşür.
Cam, evlerimizde çok popüler bir malzemedir çünkü gerçekten her türlü kullanışlı özelliğe sahiptir. Şeffaf olmasının yanı sıra, yapımı ucuzdur, eridiğinde şekillendirilmesi kolaydır, sertleştiğinde ısıya makul ölçüde dirençlidir, kimyasal olarak inerttir (böylece bir cam kavanoz içine koyduğunuz şeylerle reaksiyona girmez) ve bir çok kez geri dönüştürülebilir bir malzemedir.
Cam Nasıl Yapılır?
ABD’li bilim adamları 1945’te New Mexico çölünde atom bombasının bir prototipini test ettiğinde, patlama oluşan alanındaki kum cama dönüşmüştür. Neyse ki, cam yapmanın daha kolay ve risksiz yolları vardır, ama hepsinde ortak nokta çok yüksek miktarda ısıya ihtiyaç duyulmasıdır. Ticari bir cam fabrikasında kum, atık cam ( geri dönüşüm koleksiyonlarından), soda külü (sodyum karbonat) ve kireçtaşı (kalsiyum karbonat) ile karıştırılır ve bir fırında ısıtılır. Soda, kumun erime noktasını düşürür, bu da üretim sırasında enerji tasarrufuna yardımcı olur. Ancak bunun bir dezavantajı vardır; bu şekilde ortaya çıkan cam suda çözünen türdendir ve bunun olmasını önlemek için kireçtaşı eklenmesi gerekir. Bu şekilde kireçtaşı eklenerek elde edilen nihai ürüne soda-kireç-silika camı denirken, etrafımızda görebildiğimiz sıradan camlar bunlardır.
Kum eritildikten sonra, ya şişe, bardak ve başka cam kaplar yapmak için kalıplara dökülür ya da pencereler için mükemmel düz cam levhalar (büyük bir erimiş kalay metal fıçısının üstüne dökülür )şeklinde hazırlanır. Ancak bazı olağandışı cam kaplar hala üfleme tekniği ile yapılmaya devam edilmektedir. Bu üretme tekniğinde yavaşça döndürülen açık bir borunun etrafına erimiş camdan bir “top” (topak) sarılır. Hava, borunun açık ucundan üflenir ve camın bir balon gibi şişmesine neden olur. Ustaca üfleme ve döndürme ile her türlü şaşırtıcı şekilde cam kaplar yapılabilir.
Cam üreticileri yapmak istedikleri camın türüne bağlı olarak birbirinden farklı bir süreç yürütürlerken, genellikle, bitmiş camın görünümünü veya özelliklerini değiştirmek için başka kimyasallar eklerler. Örneğin, yeşil renkli cam yapmak için erimiş kuma demir ve krom bazlı kimyasallar eklenir. Fırına dayanıklı borosilikat cam (PYREX® markası altında yaygın olarak satılır), erimiş karışıma bor oksit eklenerek yapılır. Kurşun oksit eklemek, daha kolay kesilebilen ince bir kristal cam yapılmasını sağlarken, kesim kurşun kristal ile yapılır. Böylelikle içinden geçen ışığı kırdığı (büktüğü) için renkle parıldar.
Bazı özel cam türleri ise farklı bir üretim süreci ile yapılır. Kurşun geçirmez cam, kat kat aynı sandviç gibi veya laminattan yapılır, birbirine yapıştırılmış çok sayıda cam ve plastik katmandan oluşur. Araçların ön camlarında uygulanan sert yapıdaki cam ise, eriyen camın çok hızlı bir şekilde soğutulmasından daha sert bir cama dönüştürmesinden elde edilen bir cam türüdür. Vitray (renkli) cam, erimiş haldeyken cama metalik bileşikler eklenerek yapılır; farklı metaller, camın ayrı bölümlerine farklı renklerini verir.
Cam Katı mı Yoksa Sıvı mı?
Camın katı mı sıvı mı olduğu sorusunun cevabı? hem sıvı, hem katıdır. Bazı görüşlere göre ise ne sıvı, ne katı yani hiç biridir. Çünkü bazı yönlerden biraz sıvı, bazı yönlerden biraz katı gibi görünen, cam gibi malzemelere nasıl atıfta bulunulacağı konusunda çok farklı görüşler vardır.
Okullarda ve kitaplarda, katıların hepsinin sabit bir atom yapısına sahip olduğu öğretilir. Aslında, çok farklı yapılara sahip farklı katı türleri vardır ve “katı” olarak tanımladığımız her şey tam olarak aynı şekilde davranmaz. Bir parça demir ve bir parça lastik düşünüldüğünde, açıkça her ikisi de katıdır, ancak kauçuk demirden çok farklıdır. İçeride, kauçuk ve demirin atomları (demir durumunda) ve moleküller (kauçuk durumunda) tamamen farklı şekillerde düzenlenmiştir.
Demir, düzenli veya kristal bir yapıya sahiptir (köşelerinde atomları olan bir tırmanma çerçevesi gibi), kauçuk ise bir polimerdir (birbirine gevşek bir şekilde bağlanmış uzun molekül zincirlerinden yapılmıştır). Ya da su düşünüldüğünde; su neredeyse benzersiz bir katıdır, çünkü donduğu zaman başlangıçta genişler. Kısacası, her şey katı, sıvı ve gaz sınıflandırmasına tam olarak uymayabilir ve tüm katılar, sıvılar ve gazlar güzel, düzenli ve açıklanması kolay bir şekilde davranmazlar. İstisnalar, bilimi gerçekten ilginç kılan faktördür.
Amorf Katılar
Bir camın içine mikroskopla bakıldığında, camın yapıldığı moleküllerin düzensiz bir düzende olduğu görülür. Bu nedenle cama bazen amorf katı (metal gibi bir şeyin sahip olacağı düzenli kristal yapıya sahip olmayan katı ) adı verilir. Ayrıca “donmuş aşırı soğutulmuş sıvı” olarak tanımlanan camı da görülebilir. Bu, bazen bilim kitaplarında bulacağınız kafa karıştırıcı ifade olan “cam hiç katılaşmamış bir sıvıdır” demenin başka bir yoludur. Camın biraz sıvı, biraz katı gibi olduğunu söyleyebilir. Bir sıvının yapısı ile bir katının yapısı arasında bir yerde olan bir iç yapıya sahiptir.
Cam hiçbir şekilde tek amorf katı değildir. Katı (su) ve sıvı (buz) arasında olarak tanımlanabilecek amorf buz adı verilen bir su türü yapmak mümkündür. Bu suyu çok hızlı soğutarak yapılabilir. Buz o kadar hızlı oluşur ki normal, kristal yapısını oluşturmaya zaman bulamaz. Yani elde ettiğiniz şey buza benziyor ama bazı yönlerden sıvı su gibi davranır. Diğer maddeler de amorf katılara dönüştürülebilirken, mesela güneş pilleri genellikle amorf silikon denilen bir şeyden yapılır.
Kaynakça:
https://www.glassallianceeurope.eu/en/what-is-glass
https://www.explainthatstuff.com/glass.html
https://info.glass.com/what-is-glass/
Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu