טמפרטורת מעבר זכוכיתי

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש

טמפרטורת מעבר זכוכיתי (Tg) היא טמפרטורה בה מוצק אמורפי (לדוגמה, זכוכית או פולימר אמורפי) עובר ממצב מוצק למצב רך בו הוא ניתן לעיבוד: מתיחה אלסטית או פלסטית ללא שבר. מתחת לטמפרטורה זו החומר נוקשה (דמוי זכוכית), ואילו מעל לטמפרטורה זו החומר מתאפיין ברכות. עבור פולימרים, טמפרטורת המעבר מתייחסת לכושר התנועה והפיתול של האזורים האמורפיים בפולימר. ברוב המקרים המעבר הזכוכיתי רלוונטי לזכוכית ופולימרים, אולם תחת תנאים מתאימים ניתן לייצר מבנה זכוכיתי גם בחומרים אחרים, כמו מתכות, ובמקרה זה גם להם תהיה טמפרטורת מעבר זכוכיתי.

מעבר זכוכיתי הוא מעבר תרמודינמי מסדר שני. מעבר מסדר ראשון הוא מעבר ממוצק (גבישי) לנוזל - התכה, ממוצק לגז - המראה או מנוזל לגז - אידוי (וגם מעברים בין צורות גיבוש שונות במוצק). במעבר מסדר ראשון ניתן להבחין באי רציפות של פונקציית קיבול החום כפונקציה של הטמפרטורה: כשמתיכים קרח, למשל, ב-0°C נצפה קיבול חום "אינסופי" תערובת המים-קרח בולעת חום בלי לעלות בטמפרטורה (זהו החום הכמוס, שייצרך כל עוד לא הושלמה הפשרת הקרח). במעבר זכוכיתי אין "חום כמוס" - אין אי רציפות בקיבול החום ביחס לטמפרטורה. אי הרציפות היא בנגזרת הראשונה של קיבול החום. בטמפרטורה זו יש מספיק אנרגיה לשרשראות להתגבר על כוחות משיכה בין שרשראות (קשרים לא קוולנטים, כמו קשרי ואן דר ואלס) כך ששרשרת פולימרית (או שרשרת של טטראדרות סיליקטיות בזכוכית) יכולה "לזרום" או לנוע ביחס לשרשראות השכנות וכך מתאפשר עיבוד של החומר. למשל: כדי לנפח זכוכית יש לחמם אותה מעל ל-Tg וכאשר היא מתקררת המבנה החדש נשמר.

הגורמים המשפיעים על טמפרטורת המעבר הזכוכיתית הם אותם הגורמים המשפיעים על גבישיות הפולימר (קשרים בין-מולקולריים, קבוצות קשיחות לאורך השרשרת וקבוצות צדדיות). עם זאת, ישנם מספר פולימרים בהם יש לבדוק את מאפייני הפולימר בצורה דקדקנית, כמו פוליסטירן ופוליאתילן גבה צפיפות.

פוליסטירן[עריכת קוד מקור | עריכה]

לפוליסטירן קבוצה צדדית נפחית המונעת פיתול, וגורמת לשרשראות להיות ישרות יותר. הקבוצה הצדדית נפחית, ולכן מונעת את התקרבות השרשראות (ראו אפקט סטרי). מכיוון שהשרשראות רחוקות, הפולימר מתאפיין באמורפיות. הציפייה היא שפולימר אמורפי יהיה עם טמפרטורת מעבר זכוכיתית נמוכה. במקרה זה הטמפרטורה גבוהה (כ-80°C), מכיוון שכושר התנועה והפיתול באזורים האמורפיים מוגבל מאוד.

פוליאתילן גבה צפיפות[עריכת קוד מקור | עריכה]

פוליאתילן, שמתקבל בפילמור על ידי סיפוח בנוכחות זרזי ציגלר-נטה, ומתאפיין בגבישיות רבה (כתוצאה מתנאי הפילמור: טמפרטורה ולחץ נמוכים ושימוש בזרזים). למרות הגבישיות הרבה, במקרה זה הטמפרטורה תהיה נמוכה, מכיוון שבאותם אזורים אמורפיים מעטים שיש לו, כושר התנועה והפיתול בהם הוא מיידי.

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]