Basit ama önemli bir soru. Bir camın nasıl yapıldığını anlamak için beraberinde bir çok kavram hakkında da fikir sahibi olmak gerekiyor. Bu nedenle “cam nasıl yapılır?” sorusuna ilk olarak “cam nedir?” sorusunun cevabı ile başlamamız gerekiyor. Bunun için de öncesinde “kum nedir?” sorusunun cevabını anlamalısınız.
Plajlarda karşımıza çıkan kum rüzgar, dalgalar ve taşların maruz kaldığı diğer aşındırıcı ve yıpratıcı etkiler sonucunda büyük kayalardan kopan küçük taş parçacıklarından oluşur. Jeolojide bir kum tanesinin boyutları 0,0625 – 2 milimetre aralığındadır. Kumun en yaygın bileşeni, genellikle kuvars formunda olan silikadır (silikon dioksit). Bir avuç kuma yakından bakarsanız, birçok taş parçacığının silikon dioksitin (Si02) kristal bir formu olan kuvarstan oluştuğunu görürsünüz.
Yeryüzünde çok miktarda kuvars vardır çünkü yerkabuğunda en bol bulunan iki kimyasal element oksijen ile silikondur. Bu ikisi de birbiriyle tepkimeye girerek silikon dioksit moleküllerini oluşturur. Çok yaygın bir diğer kum türü, milyonlarca yılda oluşan kalsiyum karbonattan (örneğin aragonit) oluşur. Aragonit, kabuklu deniz ürünleri ve mercan gibi çeşitli yaşam formlarından oluşur.
Herhangi bir kumsalın rengi, daha spesifik olarak herhangi bir kumsaldaki kumun rengi, kumu oluşturan malzemeye (örneğin, aşınmış ana kayalar) ve yerel jeolojik koşullara bağlıdır. Plajlar için en yaygın renk türü, çoğu kumsalda bulunan en yaygın iki kum bileşeni olan kuvarstaki demir ve feldspatta bulunan demir oksitten gelen açık kahverengidir.
Cam Sıvı mıdır Yoksa Katı mıdır? Nedir?
Kum hakkında bu kısa bilgiden sonra şimdi “cam nasıl yapılır?” sorusunun cevabına geçebiliriz. Ancak öncelikle camın kimyasal yapısını anlamak gerekir. Okulda bize maddenin üç temel hali olduğu öğretilmektedir: katı, sıvı ve gaz. Ancak gerçek dünyada, hangi malzemelerin hangi durumda olduğunu bulmak genellikle düşündüğünüz kadar kolay değildir.
Az önce bahsettiğimiz gibi kumun ana bileşenlerinden biri olan bir kuvars kristali silikon dioksit moleküllerinin düzgün diziliminden ibarettir. Aynı şekilde bir buz kristali de su moleküllerinin düzgün dizilimidir.
Kuvarsın ısıtılması moleküllerine enerji vererek titreşmelerine yol açar. Ancak bu sıcaklık belli bir dereceye ulaşana kadar, moleküllerin komşularıyla arasındaki bağları koparacak enerjisi olmaz. Ama molekülleri ısıtmaya devam ederseniz titreşimleri sonunda kritik bir değere, yani erime noktasına varır. Bu noktada o bağları koparacak enerjiye kavuşan moleküller sıvı Si02‘ye dönüşür. Buz kristalleri eridiğinde, H20 molekülleri de aynı şekilde sıvı suya dönüşür. Ama ikisi arasında çok önemli bir fark vardır.
Sıvı su yeniden soğutulunca, kristaller kolayca biçim değiştirerek yeniden buza dönüşür. Ancak Si02‘de durum farklıdır. Bu sıvı soğuyunca, Si02 molekülleri yeniden bir kristal oluşturmakta zorlanır. Sıvı soğudukça, Si02 moleküllerinin enerjisi de gittikçe azalacaktır. Bu da moleküllerin hareket etme imkanını kısıtlar ve sorunu tetikler yani moleküllerin kristal yapıda doğru yeri alması iyice zorlaşır.
Sonuçta düzensiz bir sıvının moleküler yapısına sahip, katı bir malzeme meydana gelir. İşte bu camdır. Cam, ne katı ne de sıvıdır. Cam, aslında bir amorf katıdır; yani tam olarak düzenli kristal yapıda değildir.
Cam Nasıl Yapılıyordu?
Cam elde etmenin yolu kristal oluşturmayı başaramamaktan geçtiğine göre, bu işin bir hayli kolay gerçekleştiğini düşünmüşsünüzdür. Ama kolay değildir. Bir çölün kumlarında ateş yakarsanız ve ateşi körükleyecek kadar rüzgar varsa sıcaklığı belli bir noktaya getirerek kumu eritip yarı saydam, yapışkan bir sıvıya dönüştürmeyi başarabilirsiniz.
Bu sıvı soğuyunca sertleşir ve gerçekten de cama dönüşür. Ama bu yöntemle yapılan camda erimemiş bir sürü kum parçacığı bulunacaktır. Rengi kahverengi, dokusu pul pul olacaktır ve sonucunda çok geçmeden dağılarak yeniden çöle karışacaktır.
Bu yöntemin iki sorunu vardır. Birincisi, kumda iyi cam yapmak için gereken doğru mineral birleşimi bulunmaz. Kumda doğru kimyasal bileşim bulunsa bile kumun erimesi için gereken sıcaklık 1200 derece civandır ki bu da genelde 700-800 derece aralığında seyreden normal ateşten çok daha sıcaktır.
Ama yıldırım düşmesi işe yarar. Bir yıldırım çöle düşünce 10.000 dereceyi aşan sıcaklıklar meydana getirir, bu da kumu kolayca eriterek fulgurit (yıldırım taşı) denen cam sütunları oluşturacak kadar yüksek bir sıcaklıktır. ( Gezegenimizin Gizemlerinden Birisi: Şarkı Söyleyen Kumlar)
Cam Yapmayı Bin Yıllardır Biliyoruz
İnsanın cam yapmayı ilk ne zaman öğrendiği kesin olarak bilinmemekle birlikte, MÖ 2500’e kadar uzanan bazı cam boncuklar yakın zamanda Mısır’da bulunmuştur. Mısırlılar ve Yunanlar cam yapımında ilerleme kaydetmişti ama camı gerçek anlamda günlük yaşama sokan Romalılardı.
Natron kullanarak saf kuvarsı eritmek için gerekenden çok daha düşük sıcaklıklarda saydam cam yapabiliyorlardı. Yüksek sıcaklıktaki fırınlar için doğru hammaddenin ve yakıtın bulunduğu birkaç yerde dökme cam üretiyorlar, ardından geniş ticaret altyapıları sayesinde Roma İmparatorluğu’nun dört bir yanına naklettikleri dökme camları, cam eşyalar yapacak yöresel zanaatkarlara ulaştırıyorlardı. Burada devrim niteliğinde bir şey yoktu. Aslında her şey daha önce de yapılmıştı. Ama Romalılar, camı ucuzlatarak sıradan vatandaşların kullanıma sundu.
Romalıların bir malzeme olarak camı ne kadar sevdiklerinin belki de en iyi göstergesi, cam için yeni bir kullanım alanları bulmalarıdır. Bu da evlerimizdeki pencerelerdir. Bugün modern bir kenti camsız düşünmek mümkün değildir. Bir yandan binalarımızın bizi hava şartlarından korumasını bekleriz. Ancak öte yandan evimizin gün ışığı almasını bekleriz.
Günümüzde Cam Nasıl Yapılmaktadır?
Cam ile ilgili anlatılması gereken çok fazla şey vardır. Bunların hepsini bir yazıya sığdırmayı doğru bulmuyoruz. Bu nedenle bir fabrikada camın nasıl üretildiğini söyleyerek yazımızı kapatalım.
Aslında cam üreticileri, farklı cam türleri yapmak amacıyla genellikle biraz farklı cam üretim süreçleri kullanır. Ancak genel olarak cam, kumun soda ve kireçle karıştırılıp öğütülerek 1000 dereceden daha yüksek sıcaklıkta eritilmesiyle elde edilir.
Bu karışım ile soda camı üretilecektir. Soda camı, şişe, pencere camı, bardak, vb yapımında kullanılır. Renkli camlar ise karışıma metal tuzları katılarak elde edilir. Örneğin mavi için kobalt, kırmızı için altın ve sarı için uranyum tuzları kullanılmaktadır.
İnsanlar daha ziyade renkli, karışık, zarif veya deformasyona uğramış camlara sempati duyma eğilimdedir, oysa bunlar pek işlevsel değildir. En etkili cam, modern kentlerimizin inşasında kullandığımız düz, kalın ve tamamen saydam maddedir ama en görünmez olan odur. Oysa ki buraya kadar okuduysanız anlamış olacağınız gibi, hayatımızın her alanında farklı formlarda karşımıza çıkan cam, hafife aldığımız sihirli malzemelerden biridir.
Kaynaklar ve ileri okumalar:
- Why Is There Sand On Beaches?; yayınlanma tarihi: 9 Şubat 2022; Bağlantı: https://www.scienceabc.com/
- Fact or Fiction?: Glass Is a (Supercooled) Liquid; Yayınlanma tarihi: 22 Şubat 2007; Bağlantı: https://www.scientificamerican.com/
- Watch: Is Glass a Liquid?; Yayınlanma tarihi: 2 Ekim 2015; Bağlantı: https://www.sciencealert.com/watch-is-glass-a-liquid
- Glassmaking using natron from el-Barnugi (Egypt); Pliny and the Roman glass industry; Yayınlanma tarihi: 19 Aralık 2016; Bağlantı: https://link.springer.com/
Matematiksel
