Artikulu hau Wikipedia guztiek izan beharreko artikuluen zerrendaren parte da

Beira

Wikipedia, Entziklopedia askea
Jump to navigation Jump to search

Artikulu hau materialari buruzkoa da; beste esanahietarako, ikus «Beira (argipen)».


Beira, naturan aurki daitekeen material ezorganiko gogorra, hauskorra, gardena eta amorfoa da; izan ere,  gizakiak fabrikatu dezakeen produktua izan daiteke.[1]

Beste aldetik, material ezorganiko hau material zeramiko amorfoen mota bat da. Beira artifiziala leihoak[2], lenteak, botilak eta intereseko hainbat produktu fabrikatzeko erabiltzen da.

Beira ekoizteko erabiltzen diren lehengaiak 1500ºC-tan hauek dira: silize harea (SiO2)[3], sodio karbonatoa (Na2CO3) eta kaltzio karbonatoa (CaCO3).[4]

Herrialde batzuetan “kristal” terminoa erabiltzen da beira sinonimo bezala; izan ere, baieztapen hau gezurra da zeren eta beira solido amorfo bat da (modu irregularrean antolatuta molekulak) eta ez solido kristalino bat (modu erregularrean ordenatuta molekulak).[5]

1.Irudia Solido kristalinoa

Na2O eta SiO2 espezieen diagrama eutektikoan ikus daiteke nola beiran lehenengo espeziearen portzentaia igo ahala materialaren fusio tenperatura jaisten dela.

Beira egoera[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Betidanik materia hiru egoera desberdinetan aurkitu da: solidoa, likidoa eta gaseosoa. XX. mendean bereziki, barne egituraren hainbat azterketen bidez materia beste egoera batzuetan aurki daitekeela aztertu da. Adibidez mesomorfo egitura (solido eta likido arteko egoera), plasma egoera (tenperatura oso altuetan dauden gas ionizatuak) eta beira egoera, besteak beste.

Beira egoeran dauden objektuek solido itxura dute, gogortasun eta zurruntasun pixka batekin eta kanpo esfortzu moderatuen aurrean modu elastikoan deformatzen dira. Hala ere, likidoak moduan, optikoki isotropoak dira, hau da, erradiazio ikuskorraren espektro elektromagnetikoren alde handienean gardenak dira. X izpien difrakzioaren bidez egitura aztertzean, likidoek dituzten zehaztugabeko difrakzio banda antzekoak azaltzen ditu beirak. Berotzean biskositatea pixkanaka jaisten doa beiraren deformazio erraza egin arte, likidoetan gertatzen den bezala. Baina fusio puntu argirik ez du azaltzen, beraz egoera solidotik likidora ez dago trantsizio puntuala, jarraitua baizik.[6]

Aztertutako propietate guztiak kontuan izanik ikertzaileek beira egoera ez dute egoera desberdin moduan hartu, biskositate altuko likido moduan baizik solido itxura duena[7][8]. Hipotesi honek beira egoera metaegonkorra dela adierazten du, oreka egoera lortzeko, hau da, solidoa kristalinoa lortzeko, partikulen aktibazio energia nahikoa beharrezkoa dela.

2.Irudia. Solido amorfoa

Beira egoeran dauden objektuek ez dute barne ordenamendurik aurkezten, solido kristalinoetan gertatzen den bezala[9]. Hala ere, desordenamendu ordenatua aurkezten du askotan, hau da, ordenatuta dauden taldeak egituran zoriz agertzen dira. Honek ikertzaileek barne egituraren inguruko hainbat teoria sorraztea eragin du, teoria atomikoetan eta energetikoetan oinarrituta. Teoria atomiko geometrikoa-ren arabera, silize solido kristalinoan silizio atomoa lau oxigenoz inguratuta dago itxura tetraedrikoa edukiz eta oxigeno bat beste silizio bati lotuta dagoen bitartean. Barne egitura honen eskema 1.Irudian azaltzen da, non laugarren oxigenoa planotik gora kokatzen den. Silizea beira egoerara aldatzean, ordenamendu tetraedrikoa jarraitzen du silizioaren kasuan baina oxigeno eta silizioaren arteko loturak itxuraz desordenatzen dira, hala eta guztiz ere talde ordenatu txikiak mantentzen dira, 2.irudian agertuz.[10]

Beira egoera aurkeztu dezaketen substantziak ezorganikoak edo organikoak izan daitezke, hala nola:

●    Elementu kimikoak: Si, Se, Au-Si, Pt-Pd, Cu-Au

●    Oxidoak: SiO2, B2O3, P2O5 eta haien konbinazioak

●    Konposatuak: As2S3, GeSe2, P2S3, BeF2, PbCl2, AgI, Ca(NO3)2

●    Silikonak (semiorganiko moduan kontsideratzen diren substantziak)

●    Polimero organikoak: glikolak, azukreak, poliamidak, poliestirenoak edo polietilenoak, etab

Beiraren propietateak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Beiraren propietateak naturaren, lehengaien eta lortutako konposizio  kimikoaren araberakoak dira. Konposizio kimikoa beiran giro tenperaturan parte hartzen duten elementu kimiko bakoitzaren oxido egonkorren pisuen ehunekoen bidez adierazten da. Gehien erabiltzen diren silikato sodikoen konposizioak hurrengo taulan agertzen diren mugen barnean daude (1. Taula)

1.Taula. Beiran konposiziorik erabilienen tarteak
Konposatuak Nondik (%) Nora(%)
SiO2 68,0 74,5
Al2O3 0,0 4,0
Fe2O3 0,0 0,45
CaO 9,0 14,0
MgO 0,0 4,0
Na2O 10,0 16,0
K2O 0,0 4,0
SO3 0,0 0,3

Ikerketa asko, gehien bat XX. mendearen lehengo zatian, beiraren barne egituraren eta propietateen arteko erlazioa ezarri nahi zuten. Ikerketa hauen ondorioz elementu kimikoen eta propietateen arteko erlazioak lortu dira, kontuan izanda ikerketak enpirikoak direla. Bitxikeria moduan esan daiteke modu molar edo atomikoan azaldutako konposizioak ez dira hain fidagarriak. Hurrengo taulan (2. Taula) beiraren propietateak kalkulatzeko koefizienteak agertzen dira.

2.Taula. Beiraren propietateak eta koefizienteak[11]
Propietateak Balioa Unitateak
Dentsitatea 25ºC-tan (1) 2,49 g/cm³
Dilatazio linealaren koefizientea 25ºC-tan (2) 8,72·10−6 °C−1
Konduktibitate termikoa 25ºC-tan 0,002 cal/cm·s·ºC
Gainazaleko tentsioa 1200ºC-tan 319 dinas/cm
Errefrakzio indizea (589,3nm-tan) (3) 1,52
Elastikotasun modulua 25ºC-tan 719 kbar
Poisson-en modulua 25ºC-tan 0,22
Trakzioarekiko erresistentzia 25ºC-tan (4) ~(900) bar
Konstante dielektrikoa (4.5.188 Hz) 7,3
Erresistentzia elektrikoa 1100ºC-tan 1,06 Ώ.cm
Erresistentzia elektrikoa 1500ºC 0,51 Ώ.cm
Bero espezifikoa 25ºC-tan 0,2 cal/g/ºC
Erasogarritasun kimikoa DIN 12111 (5) 13,52 HCl-ren mL 0,01N

●    (1): Dentsitatea kuartzo urtuan baino pixka bat altuagoa da (2,5 2,2g/cm³ -ren aurka)

●    (2): Dilatazio termiko linealaren koefizientea ingurune tenperaturan altuagoa da beiran silize urtuan baino (20 aldiz gehiago), honen eraginez silikato sodiko beiraz egindako objektuak ez dira hain erresistenteak talka termikoaren aurrean.

●    (3): Errefrakzio indizea altuagoa da kuartzozko beirarena baino eta gainera gehigarrien erabilpenarekin igo daiteke.

●    (4): Trakzioarekiko erresistentzia azalaren egoerarekiko menpekoa da, hortaz ez da oso fidagarria eta kuantifikatzeko zaila da

●    (5): Eraso kimiko edo fisikoaren aurkako erresistentzia konposizioa kimikoaren berezkoa da. Hala ere, beira mota guztietan erresistentzia altua da. Erresistentzia neurtzeko hainbat proba egiten dira, hala nola DIN 12116, DIN 52322, DIN 12111, etab.

3.Irudia. Tenperatura eta biskositatearen arteko erlazioa

Beira moldeatzeko biskositatea eta tenperatura kontuan izan behar dira. 3.Irudian biskositatea eta tenperatura erlazionatzen duen grafikoa agertzen da, biskositatea logaritmo bezala adieraziz. Beira moldagarria izateko 1000 eta 5000 poise beharrezkoak dira. Silizearen kasuan tenperatura 2600ºC baino handiagoa den bitartean, beira arrunten kasuan 1200ºC-rekin nahikoa da.

Zonalde ikuskorrean silikato sodikoen argiarekiko xurgapena trantsizio elementuen (Ni, Fe, etab.) menpekoa da. Hala ere, ultramorean eta infragorrian beira opako moduan jokatzen du. Argiaren xurgapena barne egituren araberakoa da. Si-O egituraren kasuan fotoien absortzioa baxua da, baita uhin luzera txikietan ere. Baina hau ez da gertatzen egitura honi beste elementu batzuk (Na, Mg, Ca, etab.) gehitzean, uhin luzera txikietan (200 nm baino txikiagoak) eta infragorrian (700 nm baino handiagoak) gertatzen den absortzioetan eragina dutelako. Beiran trantsizio elementuak daudenean erradiazio ikuskorrean absortzio selektiboak gertatzen dira, eta honek baimentzen du kolore desberdinetako beirak egotea.

Beira mota nagusiak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Beira-silizea[12][aldatu | aldatu iturburu kodea]

Silizioaren oxido bati zeinak SiO2 formula kimikoa duen silize deritzo. Hau forma polimorfo batzuen menpe egoera solido kristalino moduan aurki daiteke; izan ere, ezagunenak kuartzoa, kristobalita eta tridimita dira.

Kuartzoa abiadura motelean berotzen denean beraren egitura polimorfikoa aldatzen doa kuartzoaren fusio puntura (1723ºC) heldu arte. Tenperatura honetan koloregabekoa den eta biskositate altua duen likido bat lortzen da; izan ere, honen tenplaketa (abiadura arinean hoztu) eginez kuartzoaren beira lortu daiteke. Azken material honen propietate anitzak direla eta, aplikazio ugari izaten ditu; hala nola, ikerkuntzan eta industrian.

Propietateak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

●    Kuartzoaren beira[13] oso erresistentea izaten da produktu kimikoen aurrean; horregatik, oso erabilia da laborategiko materiala egiteko [14][15]. Beste aldetik, kontuan hartzen da 800ºC-tatik gora material honek gatz alkalinoekin erreakzionatzen duela.

●    Nahiz eta inguruko tenperaturan dentsitate nahiko altua izan (2.2 g/ml) beraren dilatazio koefizientea oso baxua da (5.1*10-7K-1). Horrek eragiten duena da tenperatura aldaketa bortitzak pairatuz gero ez apurtzea.

●    Bere errefrakzio indizea erradiazio elektromagnetiko ikuskorrean 1.4589-koa da. Izan ere, oso material egokia da instrumentazio optikoa egiteko.

●    Elektrizitatearen eroale txarra denez oso isolatzaile ona da.

●    Material gardena da argi ikuskorraren aurrean; ondorioz, material egokia da lanparak eta erradiazio elektromagnetikoaren sortzaileak diren instrumentu desberdinak ekoizteko.[16]

Desabantailak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

●    Esan dugunez kuartzoaren beira ekoizteko tenperatura oso altuak eskuratu behar dira, eta horren ondorioz ez da prozesu erraza izaten. Horregatik, kuartzo beiraren ekoizpena prozesu industrial mugatua eta garestia da.

●    Beira-kuartzoa lortzeko solido kristalino purua erabili behar da lehengai modura eta horren ondorioz lortzen den produktuaren balio ekonomikoa handitzen da.

●    Beira-kuartzoaren trakzioarekiko erresistentzia jaisten da egituraren akatsen ondorioz, nahiz eta oso txikiak izan.

●    Giroko tenperaturan, beira-kuartzoak deformazio elastikoa jasan dezake, baina ia deformazio plastikorik ez. Ondorioz, material oso hauskorra izaten da.

Sodio silikatoa[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Sodioaren gatz arruntenak 900ºC-tik behera izaten dituzte fusio puntuak.

Kuartzoa berotzen denean (T>800ºC) sodioaren gatz batekin (Na2CO3) honako erreakzio totala ematen da:

SiO2 (s) + Na2CO3 (s) → Na2SiO3 (s) + CO2 (g) ΔH=-5.12 kcal/mol

Erreakzioaren entalpiari erreparatuz, ikus daiteke erreakzioa arinki exotermikoa dela; ondorioz, modu arin batean lehenengo sodio silikatoa ekoiztu daiteke; izan ere, produktu honen fusio puntua 1087ºC-koa izaten da.

Termodinamikari dagokionez, bi substantzia desberdinak nahasten direnean eta hauen fusio puntuak desberdinak direnean, “liquidus puntua”[17] sortzen da bi substantzia hauen artean. Horrela, ekoiztutako sodio silikatoaren eta silizearen arteko nahasteak, SiO2 eta silikatoak produktu bezala ematen ditu egoera likidoan eta gehienez 1200ºC-tan. Produktu honi sodio silikatoa deritzo.

Sodio silikatoak beira itxura aurkezten du eta  bai kolorgea bai hauskorra den materiala da. Material hau deformatu ahal izateko 900ºC-1220ºC tarteko tenperaturak beharrezkoak dira, lehenengoa SiO2 osagaian gehienbat puruak direnentzako eta bigarrena osagai horretan puruak ez direnentzako. Uretan nahiko solugarriak direnez eta beira silizearekin konparatuz harikorragoak direnez, ezin dira erabili beira-silizearen aplikazio berdinetan.

Material honen aplikazio nagusiak:

-      Pegamentu zeramikoa

-      Uraren xurgatzailea

-      Neumatikoak

Sodio silikatoaren beira[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Beira silizearen propietate antzekoak tenperatura baxuetan lortu nahian, sodio silikatoa beste konposatu batzuekin aleatu egiten da. Horrela, erresistentzia mekanikoa hobetzen da eta  inguruko tenperaturan material inertea bilakatzen da konposatu kimikoen aurrean (ura adibidez).

Aleazio hau egiteko erabiltzen diren konposatu nagusiak alkalinoterreoak izaten dira, gehienbat magnesioa, barioa edo kaltzioa.

Sodio silikatoaren beira ekoizteko 1450ºC-1600ºC tarteko tenperaturak erabiltzen dira; izan ere, gehien ekoizten den sodio silikatoaren beira “ohiko beira” bezala ezagutzen da.

Erreferentziak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

  1. Elias Castells, Xavier. (2000) Residuos vitrificables. Ediciones Díaz de Santos ISBN 978-84-9969-377-4 PMC 923749725 . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  2. Punmia, B. C. (2003) Basic civil engineering : for B.E. / B. Tech first year courses of various universities including M.D.U. and K.U., Haryana Laxmi Publications ISBN 81-7008-403-2 PMC 82104218 . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  3. Lewis, P. R. (Peter Rhys), 1945- Forensic polymer engineering : why polymer products fail in service (Second edition. argitaraldia) ISBN 978-0-08-100728-0 PMC 951835891 . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  4. Nutsch, W. (2000) Tecnología de la madera y del mueble Reverté ISBN 84-291-1435-1 PMC 61955418 . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  5. Nuevas tecnologías para el sector cerámico de Castellón : Desarrollo de esmaltes vitrocristalinos y vitrocerámicos Publicacions de la Universitat Jaume I 2000 ISBN 84-8021-334-5 PMC 807411659 . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  6. Fernández Navarro, José María. (2003) El vidrio (3a ed. argitaraldia) Consejo Superior de Investigaciones Científicas ISBN 84-00-08158-7 PMC 427452036 . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  7. Gibbs, Philip (fl 1740) Oxford University Press 2017-11-28 . Noiz kontsultatua: 2019-12-09.
  8. Dodd, Col John Richard, (18 May 1858–14 June 1930), Colonel, Army Medical Service, Retired Pay Oxford University Press 2007-12-01 . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  9. Fernández Navarro, José María. (2003) El vidrio (3a ed. argitaraldia) Consejo Superior de Investigaciones Científicas ISBN 84-00-08158-7 PMC 427452036 . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  10. «ÁTOMO DE HIDRÓGENO» Matrimonios de la física (Editorial Unimagdalena): 35–63 ISBN 978-958-746-059-9 . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  11. Medina Juárez, Luis Alberto Estimación de propiedades termodinámicas del argón por medio de la velocidad del sonido y soluciones analíticas de las ecuaciones para coeficientes viriales Universidad Autonoma Metropolitana . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  12. Ashby, Michael F. (2013) Materials and Design : the Art and Science of Material Selection in Product Design. (3rd ed. argitaraldia) Elsevier Science & Technology ISBN 978-0-08-098282-3 PMC 1102475745 . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  13. Chawla, Sohan L., Materials selection for corrosion control ISBN 978-1-61503-728-5 PMC 759213440 . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  14. Handbook of recycling : state-of-the-art for practitioners, analysts, and scientists Elsevier 2014 ISBN 978-0-12-396506-6 PMC 879026261 . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  15. Hünlich, Thomas (1999) «Umweltschutzschwerpunkte bei Schott Glas» Betriebliches Umweltmanagement in Deutschland (Deutscher Universitätsverlag): 233–247 ISBN 978-3-8244-0451-3 . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  16. Optical properties of glass American Ceramic Society 1991 ISBN 0-944904-35-1 PMC 24066314 . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.
  17. Zúñiga Suárez, Alonso Ciencia e ingeniería de nuevos materiales en la fabricación de ladrillos mejorados tecnológicamente Universidad Politecnica de Madrid - University Library . Noiz kontsultatua: 2019-12-11.

Ikus, gainera[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Kanpo estekak[aldatu | aldatu iturburu kodea]