Co to jest przejście szklane?

Polimery, które nie są zbudowane jak kryształy na poziomie molekularnym, zmieniają stan przy temperaturze innej niż substancje krystaliczne. Temperatura zeszklenia to punkt, w którym polimer ulega zmianie stanu. Materiały powyżej tej temperatury są na ogół bardziej elastyczne, a te w niższych temperaturach są delikatne, ponieważ cząsteczki nie mogą się zginać ani łatwo przemieszczać w różne miejsca. Przejście szklane jest widoczne tylko w ciałach stałych, które nie mają cząsteczek ułożonych w kryształy; są one nazywane amorficznymi i obejmują szkło, żele i cienkie błony.

W zależności od materiału punkt zeszklenia występuje w innej temperaturze, co jest związane z jego pojemnością cieplną. Niektóre materiały, takie jak guma, mają zarówno krystaliczne, jak i amorficzne cząsteczki. Temperatury dla każdego w jednym obiekcie mogą być różne. Struktury na bazie kryształów topią się w określonej temperaturze, ale struktury z oboma rodzajami cząsteczek mają tendencję do płynięcia przez długi czas. Składniki amorficzne mogą być mocne w jednej temperaturze, podczas gdy cząsteczki krystaliczne mogą być w stanie stopionym, jeśli już uległy przemianie fazowej.

Przejście szklane różni się od faktycznego topienia, ponieważ nie ma utajonego ciepła, które absorbowałoby wzrost temperatury. W przeciwieństwie do substancji topiącej, polimer przejściowy będzie się nadal nagrzewał, gdy temperatura przejścia zostanie przekroczona. Mimo to pojemność cieplna polimeru wzrasta, dlatego proces, który przechodzi, nazywa się przejściem drugiego rzędu. Zamiast tego struktury krystaliczne pochłaniają ciepło i nie zwiększają temperatury podczas topnienia.

Gdyby miał być fizycznie wygięty, przedmiot wyginałby się jak kawałek gumy, gdy znajduje się poniżej punktu zeszklenia. Może również pozostać stały, jeśli wiązania molekularne są wystarczająco silne, aby wytrzymać siłę. Obiekty z cząsteczkami nie tak silnymi pękają lub pękają poniżej temperatury zeszklenia. Plastikowe deski rozdzielcze samochodów oraz plastikowe klocki często reagują w podobny sposób na zmiany temperatury.

Materiały amorficzne wymagają pewnej ilości energii cieplnej, aby zmienić swoją strukturę molekularną. Przejście szkła zależy od energii potrzebnej do zmiany stanu określonego materiału. Zjawisko to różni się od topnienia również dlatego, że nie jest tak oczywiste. Materiały często nie wykazują powiązanych właściwości po przejściu przez szkło, chyba że zostanie do nich przyłożona siła. Topienie jest jednak widoczne wizualnie i ma bardziej dramatyczny efekt, na przykład gdy krystaliczna kostka lodu topi się w wodzie, która łatwo przepływa przez powierzchnię.