Bu soruyu hayatýnda en az bir defa kazara bir camekana çarpmýþ birine sormak lazým. Bu tecrübeyi yaþamý. biri olarak, kendimi kesin kararý açýklamaya yetkili görüyorum: Cam katý bir maddedir.
Þaka bir yana, “cam katý mýdýr yoksa sývý mý?” sorusuna deðiþik insanlar deðiþik yanýtlar veriyor. Sývý olarak düþünülmesinin temel nedeni camlarýn üretim aþamasýnda “donma” olarak adlandýrdýðýmýz faz deðiþimini yaþamamasý.

Öncelikle sývý ve katý terimlerinin tanýmlarýný hatýrlayalým. Sývýlar içine konduðu kabýn þeklini alýr. Katýlarsa hangi kaba koyarsanýz koyun þekillerini korurlar. Bu tanýmlarda dikkatimizi çekmesi gereken nokta zamandan hiç bahsedilmemesi. Gliserin ve bal gibi yavaþ akan sývýlarý düþünün. Oldukça kývamlý bir baldan bir miktarýný bir kaba koyduðunuzda, balýn kaba düzgün yayýlmasý bir kaç saat alabilir. Peki, çok daha kývamlý bir maddenin akarak kabýn þeklini almasý için daha uzun bir süre beklemek gerekiyorsa, örneðin milyonlarca yýl gibi, bu durumda o maddeyi nasýl sýnýflandýracaðýz?

Çoðunuz balýn soðuduðunda daha kývamlý hale gelerek daha yavaþ aktýðýný gözlemlemiþsinizdir. Camlarýn da akýþkanlýklarý soðuduklarýnda azalýr. Üretim aþamasýnda cama þekil verilirken bu özellik oldukça yararlýdýr. Önce cam kolayca þekil verilebilecek kývama gelinceye kadar ýsýtýlýr, sonra da aldýðý þekli korumasý için soðutulur. Soðutma iþlemi camýn akýþkanlýðýný önemli ölçüde azaltýr, fakat tamamen durdurmaz.

Ýþte tam bu noktada cam ile diðer sývýlar birbirinden ayrýlýyor. Örneðin, balý çok soðutursanýz belli bir sýcaklýkta kristalleþmeye, yani katý faza geçmeye baþlar. Bu, suyun donarak buz haline geçmesiyle ayný olay. Bir sývý bu þekilde katýlaþtýktan sonra da, tüm moleküller katý içinde sabit konuma geçtikleri için, akýþkanlýk tamamen durur. Buna karþýn camlarda bu donma olayýna hiç bir zaman rastlanmaz. Bu nedenle, üretim aþamasýndan oda sýcaklýðýna kadar soðutulan camlarýn akýþkanlýðýnýn oldukça azaldýðý, ama hiç bir zaman sýfýrlanmadýðý iddia ediliyor. Yani bu yoruma göre, bir kaba konulan cam parçalarýnýn milyarlarca yýl sonra, belki de çok daha uzun bir süre geçtikten sonra kaba düzgün yayýlýp kabýn þeklini almasý beklenir. Bu tartýþmanýn pratikten çok, kuramsal boyutu olduðu sanýrsam açýk.

Peki cam neden donmaz? Donma olayýnýn iki temel özelliði var. Birincisi hareketli moleküllerin
artýk hareket edemez duruma gelip yerlerinde sabit kalmasý, ikincisi de bu moleküllerin “kristal yapý” olarak adlandýrdýðýmýz düzen içinde yerlerini almasý. Doðadaki hemen hemen her katý madde böyle bir kristal yapýya sahip. Donma, ortamda bulunan bir kristale diðer moleküllerin eklemlenmesi, böylece kristalin büyümesi sonucu gerçekleþiyor. Ama eðer sývý molekülleri, üzerine düzgün eklenecekleri bir kristal çekirdeði bulamazlarsa donma gerçekleþmez. Bu olaya “aþýrý soðuma” deniyor. Örneðin su -20°C’ye kadar aþýrý soðutulabilir.

Cam da aþýrý soðutulmuþ bir sývý. Örneðin, kum, kireç ve karbonat eriyiðinden elde edilen camýn normal donma sýcaklýðý 800°C kadar, fakat karýþým 500°C’ye kadar sývý özelliðini kaybetmeden aþýrý soðutulabiliyor. Bunun da temel nedeni eriyik içinde büyüme çekirdeði niteliðinde kristallerin oluþamamasý, daha doðrusu bu tip çekirdeklerin oluþmasýnýn ve büyümesinin uzun zaman almasý. Yani, karýþým uzun bir süre bu sýcaklýklarda bekletiliyor olsa, eninde sonunda kristalleþip katý faza geçer. Camlara iþte bu sýcaklýk aralýðýnda þekil veriliyor.

Peki, bu tip aþýrý soðutulan sývýyý daha da soðutursanýz ne olur. Su örneði için cevap basit. Suyun içinde herhangi bir yerde yeterli büyüklükte bir kristal oluþtuðu anda, kristal çok hýzlý bir þekilde büyür ve su bir saniye içinde tamamen buza dönüþür. Camlarda bu olamadýðý için, daha da soðutulduklarýnda, moleküllerin komþularýyla kalýcý baðlar kurup sabit konumlara yerleþtikleri gözlemleniyor. Fakat, moleküllerin yerleþtikleri konumlar kristallerdeki gibi düzenli deðil, tamamen rasgele. Bu yapýlara amorf diyoruz. Oda sýcaklýðýndaki camlar, molekülleri hareket etmeyen, fakat düzenli de durmayan bir yapýya sahip.

Moleküller yerlerinde sabit olduðu için camýn akmasý gibi bir þey söz konusu olamaz ve bu nedenle oda sýcaklýðýndaki camlar da katýlar gibi davranýrlar. Örneðin, pencere camýnýn ortasýna bastýrdýðýnýzda cam elastik olarak eðilir. Elinizi geri çektiðinizde tekrar eski halini alýr. Böyle bir davranýþa hiç bir sývýda rastlanmaz; bu tamamen katýlara özgü bir þey. Benim yaþadýðým tecrübenin de açýklamasý ayný.

Bu nedenle, bir çok bilim adamý camlarý “amorf katýlar” olarak tanýmlýyor. Peki bu son söz, bir kaba konan cam parçalarýnýn, milyarlarca yýl sonra kaba düzgün yayýlmasýný engelliyor mu? Pek deðil. Doðadaki katýlarýn çoðunluðunun kristal yapýda olmasý, kristal yapýnýn çok daha kararlý olduðunu gösteriyor. Bu anlamda, camýn molekülleri de baðlarýný bozup yeni baðlar kurarak bu daha kararlý kristal yapýya geçme eðilimindeler. Bu çok yavaþ iþleyen bir mekanizma; ama ne kadar yavaþ olsa da, moleküller arasý baðlar yeniden kurulurken, makroskopik maddenin þeklini deðiþtirmesi ve kaba düzgün yayýlma eðilimi göstermesi mümkün. Ama, yukarýda da belirttiðimiz gibi, bu, pratikte ölçülemeyecek kadar küçük bir hareket olacaktýr.

Son olarak, uzun yýllar önce yapýlmýþ camlarýn, “sývý akýþýndan dolayý” þekil deðiþtirdiði ve akma belirtileri gösterdiði gibi þeyler duyarsanýz inanmayýn. Uzmanlar, bu camlarda görülen düzensizliklerin daha çok geçmiþteki cam üretim tekniklerinin yetersizliðinden kaynaklandýðýný, yukarýda anlattýðýmýz konuyla ilgisi olmadýðýný düþünüyorlar.

Sadi Turgut (TÜBÝTAK Bilim ve Teknik Dergisi)