Cam, geniş bir kullanım yelpazesine sahip, kristal olmayan amorf bir katıdır. Çoğu cam , erimiş formun söndürülmesi (hızlı soğutma) ile üretilir , ancak bazıları volkanik cam gibi doğal olarak oluşur. Silikat bazlı camlar en bilinen cam türüdür ve aynı zamanda en eskisidir.
Camın iletken olup olmadığını hiç merak ettiniz mi ? Bu yazıda tam da bunu tartışacağız. Camın özelliklerine ve kullanım alanlarına bakarak başlayacağız. Ardından camın elektrik ve ısı iletkenliğini tartışacağız. Son olarak, sürdürülebilirlik ve manyetizma gibi camın diğer yönlerinden bahsedeceğiz.
İçindekiler
Cam Elektriği İletir mi?
Hayır, cam elektriği iletmez. Bunun nedeni, camın hareket edebilen serbest elektronlara sahip olmamasıdır, dolayısıyla elektrik yükünü bir noktadan diğerine taşıyamaz. Cam ayrıca yüksek bir bant aralığına sahiptir, bu nedenle bir yalıtkan görevi görür.
Bir malzemenin elektriği iletebilmesi için, elektrik yükünü bir yerden başka bir yere taşıyabilen serbest elektronlara sahip olması gerekir. Metaller hem katı hem de sıvı halde elektriği iletirler ve iyonik bileşikler suda çözündüklerinde elektriği iletirler.
Metal iyonları, serbestçe hareket edebilen “delokalize elektron denizi” olarak bilinen dev bir yapı oluşturur. Bu serbest hareket eden elektronlar, elektrik yükünü bir noktadan diğerine taşıyabilir, bu nedenle metaller iletkendir. Bununla birlikte, çoğu metal olmayan (cam gibi), serbest elektronlara sahip değildir ve bu nedenle elektriği iletmez.
Cam, oda sıcaklığında kararlı olan silika veya silikon oksitten yapılmıştır. Yüksek elektronegatifliğe (bir atomun elektronları kendine çekme eğilimi) sahip oksijen atomlarından oluşur ve elektronları sıkıca bir arada tutulur.
Bu nedenle, elektronları oksijen atomundan kurtarmak için yüksek miktarda enerji gerekir. Bunu bant aralığı açısından da tartışabiliriz. Bant aralığı, elektronların değerlik bandı ile iletim bandı arasındaki mesafedir. Esas olarak, bir elektronun iletime katılmasını sağlamak için gereken minimum enerjiyi temsil eder.
Daha basit bir deyişle, cam elektronları serbest bırakmak için yüksek miktarda enerji gerekir. Dolayısıyla, elektrik yükünü bir noktadan diğerine hareket ettirebilecek elektronları yoktur. Bu nedenle cam iletken değil yalıtkandır.
Camın Özellikleri
Bunlar camın özellikleridir:
- Cam şeffaf, kristal olmayan bir katıdır.
- Kırılgandır ve darbe anında kolayca kırılır.
- Camın mükemmel optik özellikleri vardır. Mükemmel düz/paralel yüzeylere sahip geniş ve homojen levhalarda üretilebilir. Glass’ın optik özellikleri yaştan etkilenmez.
- Cam hava koşullarına dayanıklıdır, bu nedenle güneş ışığına, rüzgara, yağmura vb. karşı dayanıklıdır. Pencere camlarında, doğal ışığı ihtiyaçlarımıza göre manipüle etmemizi sağlar.
- Cam herhangi bir şekilde preslenebilir ve çeşitli renklerde boyanabilir.
Camın Kullanım Alanları
Bunlar camın kullanım alanlarıdır:
- Kolay şekillendirilebilir olması nedeniyle cam, kaseler, vazolar, şişeler, bardaklar vb.
- Cam aynı zamanda bir kağıt ağırlığı ve katı haldeki mermerler olarak da hizmet eder.
- Pencere camları camdan yapılmıştır. Cam ayrıca metal tuzları ile renklendirilebilir ve emaye cam olarak boyanabilir.
- Camın kırılma ve yansıtma özellikleri onu optik lensler, prizmalar vb. için ideal kılar.
- Cam elyafların iletişimde optik elyaflar (yüksek hızlı internet için) gibi kullanımları vardır. Ayrıca cam yünü olarak matlaştırıldıklarında ısı yalıtım malzemesi görevi görürler ve fiberglas oluşturmaya yardımcı olurlar.
Camın Elektrik İletkenliği Değişir mi?
Evet, camın elektrik iletkenliği ısıyla değişir. Oda sıcaklığında, camın elektrik yükünü hareket ettirecek serbest elektronları yoktur, bu nedenle bir yalıtkan görevi görür. Bununla birlikte, yüksek bir sıcaklığa ısıtıldığında iletken hale gelir.
Oda sıcaklığında, camda elektriği iletecek delokalize elektronlar yoktur. Sıkıca bağlı elektronları serbest bırakmak ve elektrik yükünü hareket ettirmelerini sağlamak için çok yüksek miktarda enerji gerekir.
Ancak, işler ısı ile değişir. Cam, sıcaklık yüksek olduğunda yavaşça yumuşayan amorf bir katıdır. Bu, hareket edebilen bazı serbest elektronlara yol açar. Sıcaklık daha da artırıldığında, camın viskozitesi (deformasyona karşı direncinin bir ölçüsü) düşer, bu nedenle daha da fazla sayıda serbest elektron vardır.
Bu serbest elektronlar, camın elektriği iletmesini sağlar. Bu nedenle, çok yüksek bir sıcaklıkta cam iletken hale gelir. Tüm bu süreci çalışırken görmek için Ludic Science tarafından hazırlanan bu videoyu izleyin.
Cam Isıyı İletir mi?
Hayır. Cam kötü bir ısı iletkenidir (ve elektriği de). Bunun nedeni, elektronlarının sıkıca tutulması ve ısıyı geçirmek için karşıya akmasıdır. Bu nedenle cam, metallerin aksine kötü bir termal iletkenliğe sahiptir.
Isı iletimi, kolay bir elektron akışı gerektirir. Demir, bakır veya altın gibi metaller, serbest elektronlara sahip oldukları için hem ısıyı hem de elektriği iletebilirler. Öte yandan cam, kristal olmayan şekilsiz bir katıdır.
Silikon dioksitten oluşur ve oksijen atomları sıkıca tutulur. Elektronları serbest bırakmak için çok yüksek miktarda enerji gerekir, bu nedenle camın ısıyı veya elektriği iletecek serbest elektronu yoktur . Bu nedenle yalıtkandır.
Camın termal iletkenliği 0,8 W/m K’dir. Bu, metallerinkinden inanılmaz derecede daha azdır. Gümüşün değeri 406.0 iken bakırın değeri 385.0’dır.
Cam Isıyı Plastikten Daha İyi İletir mi?
Evet. Hem cam hem de plastik iyi bir ısı iletkeni olmasalar da, ilki yine de ikincisinden daha iyidir. Her ikisinin de ısının bir noktadan diğerine geçmesine izin verecek serbest elektronları yoktur.
Camın 25°C’deki termal iletkenliği yaklaşık 0,8 W/m K’dir. Camın termal iletkenliği çok daha düşüktür, iki ila altı kat daha düşüktür.
Su şişelerinde plastik şişelerin et kalınlığı daha azdır. Bu nedenle, cam ve plastik şişeler benzer termal özelliklere sahip gibi görünebilir.
Cam Manyetik mi?
Hayır, cam manyetik değildir. Diyamanyetik bir malzemedir, yani eşleşmemiş elektronları yoktur ve bu nedenle bir manyetik alanı iter. Cam bir mıknatıs tarafından çekilmez, ancak bazı durumlarda yine de bir manyetik alanla etkileşime girebilir.
Manyetizma, elektrik yüklerinin hareketinden kaynaklanan bir kuvvettir. Her madde atomlardan oluşur. Bu atomlar, çekirdek adı verilen atomun merkezini çevreleyen elektronlara (elektrik yükü taşıyan parçacıklar) sahiptir.
Demir gibi bazı maddelerde elektronlar aynı yönde döner. Bu, manyetik alanlarının bir araya gelmesine izin verir ve atomların ötesine uzanan bir manyetik alan üretir. Bu nesneler mıknatıslara güçlü bir şekilde çekilir ve ferromanyetik olarak adlandırılır.
Bununla birlikte, çoğu maddede, eşit sayıda elektron zıt yönlerde döner. Bu onların manyetizmasını iptal eder ve manyetik alana çekilmezler. Bunlar kağıt, kumaş, cam vb. şeyleri içerir ve diyamanyetik olarak adlandırılır.
Cam diyamanyetik bir malzemedir, bu nedenle mıknatıslar tarafından çekilmez. Ancak bazı camlar kobalt gibi az miktarda metal içerebilir. Bunlar, özellikle hareketli mıknatıslar olmak üzere mıknatıslarla bazı etkileşimler gösterebilir.
Cam Biyobozunur mu?
Hayır, cam biyolojik olarak parçalanamaz. Kalker, kül, kum gibi maddelerden oluşur ve bozulmaz. Ancak yine de geri dönüştürülebildiği için çevreye plastik kadar zararlı değildir.
Biyobozunur malzemeler, bakterilerin ve diğer mikroorganizmaların karbondioksit, metan veya diğer basit moleküllere parçalayabildikleri malzemelerdir. Bunlar daha sonra doğa tarafından yeniden kullanılır. İnsan ve hayvan atıkları, odun, gıda malzemesi vb. şeyleri içerir.
Cam, biyolojik olarak parçalanamayan kumdan yapıldığı için biyolojik olarak parçalanamaz. Kum eritilir, sertleştirilir ve daha sonra cam yapmak için şekillendirilir, ancak yine de kum olarak kalır – rafine formda bile mikroorganizmalar tarafından parçalanamaz.
Cam Sürdürülebilir mi?
Evet. Cam, birkaç nedenden dolayı sürdürülebilir bir malzemedir: sürdürülebilir kaynaklı malzemelerden yapılmıştır; tamamen geri dönüştürülebilir; ve birçok yönden tekrar kullanılabilir.
Cam, kum, kireç taşı, soda külü vb. gibi doğal malzemelerden oluşur. Bunların tümü yerel ve sürdürülebilir bir şekilde tedarik edilir, bu da cam üretimini çevre dostu bir süreç haline getirir.
Cam, tamamen ve sınırsız olarak geri dönüştürülebilen birkaç ambalaj malzemesinden biridir. Avrupa’da yaklaşık 10 şişeden 8’i başarıyla toplanıp geri dönüştürülüyor ve amaç geri dönüşüm oranını %90’a çıkarmak.
Ayrıca cam kalitesinden bir şey kaybetmeden yeniden kullanılabilir. Şişeler, yeni kaplara geri dönüştürülmeden önce en az 50 kez kullanılabilir. Geri dönüşüm harika çünkü doğal kaynakları koruyor ve karbon emisyonlarını azaltıyor .
Son olarak, cam güçlü bir döngüsel ekonomi yaratır. Cam üretimi ve geri dönüşümü, dünya çapında sayısız iş fırsatı sunmaktadır.
Çözüm
Bu yazımızda camın iletkenliğine baktık. Atomlarının sıkıca tuttuğu elektronlar nedeniyle cam hem ısı hem de elektrik yalıtkanıdır. Ancak çok yüksek sıcaklıklarda elektriği iletebilir. Camın özelliklerine ve kullanım alanlarına baktık. Son olarak, manyetizması ve sürdürülebilirliği gibi yönleri de tartıştık.
