Katı mı Yoksa Sıvı mı? Cam Nedir Ve Nasıl Yapılır?

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.

Jeolojide bir kum tanesinin boyutları 0,0625 – 2 milimetre aralığındadır.

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 çok açık kahverengidir. Ancak barındırdığı kayaç formuna bağlı olarak da başka renkli kumsallarda olabilir.

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.

İnsan atıkları da plajları oluşturabilmektedir. 1949’da California Eyaleti, şu anda Glass Beach olarak bilinen alanı, bir çöplük olarak kullanmaya başladı. 20 yıl sonra bunun iyi bir fikir olmadığını anladılar ve bölgeyi kapattılar. Sonrasında da bölgeyi toksik maddelerden arındırdılar. Neticesinde de fotoğraflarına hayranlık ile baktığımız Cam Sahili ortaya çıktı. Bu camlar, plajda bulunan atık camların yıllar içinde aşınması nedeniyle oluştu.

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.

Katı diyerek isimlendirdiğimiz nesneler atomik düzeyde aynı temel yapıya sahiptir. Katılar mikroskobik düzeyde kristal bir yapıya sahiptir. Camın atomik yapısı sıvılardan daha düzenli olmasına rağmen, düzeni katı bir nesne biçiminde düzenli olmaz.

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. 

Camın amorf yapısını solda görebilirsiniz. Bu formda Böylece atomlar bir kristal kadar düzenli ve iyi paketlenmiş bir yapıya sahip olmasalar da, yine de bir sıvının atomlarından daha iyi bir organize olmuşlardır.

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.

Fulguritler son derecede hafiftirler çünkü içleri boştur. Dış kısmı pürüzlüdür. Ancak iç kısmı pürüz­süzdür ve bir boru biçimindedir. Fulguritlerin renkleri meydana geldik­leri kum bileşimini yansıttığından çeşitlilik gös­terir. Uzunlukları da on beş metreyi bulabilmektedir.

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.

Cam nasıl yapılır sorusunun cevabını gösteren bir çizim

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.

Anadolu’ya Suriye’den M.Ö. 1300’de gelen camlar. Soldaki kobalt sağdaki bakır tuzu ile renklendirilmiş (Uluburun Batığı- Bodrum Müzesi)

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:


Dip Not

Matematiksel, 2015 yılından beri yayında olan ve Türkiye’de matematiğe karşı duyulan önyargıyı azaltmak ve ilgiyi arttırmak amacıyla kurulmuş bir platformdur. Sitemizde, öncelikli olarak matematik ile ilgili yazılar yer almaktadır. Ancak bilimin bütünsel yapısı itibari ile diğer bilim dalları ile ilgili konular da ilerleyen yıllarda sitemize dahil edilmiştir. Bu sitenin tek kazancı sizlere göstermek zorunda kaldığımız reklamlardır. Yüksek okunurluk düzeyine sahip bir web sitesi barındırmak ne yazık ki günümüzde oldukça masraflıdır. Bu konuda bizi anlayacağınızı umuyoruz. Ayrıca yazımızı paylaşarak da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.

Matematiksel

Sibel Çağlar

Merhabalar. Matematik öğretmeni olarak başladığım hayatıma 2016 yılında kurduğum matematiksel.org web sitesinde içerikler üreterek devam ediyorum. Matematiğin aydınlık yüzünü paylaşıyorum. Amacım matematiğin hayattan kopuk olmadığını kanıtlamaktı. Devamında ekip arkadaşlarımın da dahil olması ile kocaman bir aile olduk. Amacımıza da kısmen ulaştık. Yolumuz daha uzun ama kesinlikle çok keyifli.
Başa dön tuşu