Vitrifikace je proces přeměny materiálu na amorfní pevnou látku podobnou sklu, která nemá žádnou krystalickou strukturu, a to buď rychlým odebráním nebo přidáním tepla, nebo smícháním s přísadou. Ke ztuhnutí sklovité pevné látky dochází při teplotě skelného přechodu (která je v důsledku přechlazení nižší než teplota tání, Tm).
Pokud je výchozí materiál pevný, vitrifikace obvykle zahrnuje zahřívání látek na velmi vysoké teploty. Takto se vyrábí mnoho keramických materiálů. Ke sklovatění může docházet také přirozeně při úderu blesku do písku, kdy extrémní a okamžité teplo může vytvořit duté, rozvětvené kořenové struktury skla, nazývané fulgurit. Při použití pro bílou keramiku sklovitost znamená, že materiál má extrémně nízkou propustnost pro kapaliny, často, ale ne vždy, pro vodu, pokud je stanovena stanoveným zkušebním režimem. Mikrostruktura bílé keramiky často obsahuje jak amorfní, tak krystalické fáze.
Příklady
Při pomalém ochlazování sacharózy je výsledkem krystalický cukr (nebo kamenný cukr), ale při rychlém ochlazování může mít výsledek podobu sirupovité cukrové vaty (candyfloss). Ke sklovatění může dojít také při výchozím ochlazení kapaliny, například vody, obvykle velmi rychlým ochlazením nebo zavedením látek, které potlačují tvorbu ledových krystalků. Přísady používané v kryobiologii nebo přirozeně produkované organismy žijícími v polárních oblastech se nazývají kryoprotektanty. Arktické žáby a některé další ektotermy přirozeně produkují ve svých játrech glycerol nebo glukózu, které omezují tvorbu ledu. Když arktické žáby používají glukózu jako kryoprotektant, uvolňuje se při nízké teplotě obrovské množství glukózy a speciální forma inzulínu umožňuje, aby se tato dodatečná glukóza dostala do buněk. Když se žába na jaře znovu zahřeje, musí být přebytečná glukóza rychle odstraněna z buněk a recyklována vylučováním ledvinami a uložením v močovém měchýři. Arktický hmyz také používá cukry jako kryoprotektanty. Arktické ryby používají jako kryoprotektiva nemrznoucí proteiny, někdy doplněné o cukry.
Použití
Sklo sodnovápenaté, používané v oknech a nádobí, vzniká přidáním uhličitanu sodného a vápna (oxidu vápenatého) do oxidu křemičitého. Bez těchto přísad se z oxidu křemičitého (při pomalém ochlazování) vytvoří písek nebo křemenný krystal, nikoli sklo.
Vitrifikace je osvědčenou technikou při likvidaci a dlouhodobém skladování jaderného odpadu nebo jiných nebezpečných odpadů. Odpad se smísí se sklotvornými chemikáliemi a vytvoří roztavené sklo, které následně ztuhne a znehybní odpad. Konečná forma odpadu připomíná obsidián a je to nevyluhovatelný, trvanlivý materiál, který v sobě účinně zachycuje odpad. Odpad lze v této formě skladovat poměrně dlouhou dobu bez obav z kontaminace ovzduší nebo podzemních vod. Hromadná vitrifikace využívá elektrody k roztavení půdy a odpadů v místě jejich uložení. Ztuhlý odpad pak může být pohřben s menším nebezpečím rozsáhlé kontaminace. Podle Pacific Northwest National Labs „vitrifikace uzamkne nebezpečné materiály do stabilní skleněné formy, která vydrží tisíce let.“
Etylen glykol se používá jako nemrznoucí směs do automobilů a propylenglykol se používá ke snížení ledových krystalků ve zmrzlině, takže je hladší.
Glycerol se již léta používá v kryobiologii jako kryoprotektivum pro krevní buňky a býčí spermie, což umožňuje skladování při teplotách tekutého dusíku. Glycerol však nelze použít k ochraně celých orgánů před poškozením. Místo toho mnoho biotechnologických společností v současné době zkoumá vývoj jiných kryoprotektantů, které jsou pro takové použití vhodnější. Úspěšný objev může nakonec umožnit hromadné kryogenní skladování (nebo „bankovnictví“) transplantovatelných lidských a xenobiotických orgánů. K významnému kroku tímto směrem již došlo. Na výroční konferenci Společnosti pro kryobiologii v červenci 2005 oznámila společnost Twenty-First Century Medicine vitrifikaci králičí ledviny na -135 °C pomocí svého patentovaného vitrifikačního koktejlu. Po opětovném zahřátí byla ledvina úspěšně transplantována králíkovi, přičemž byla zcela funkční a životaschopná.
V souvislosti s kryonikou, zejména při uchovávání lidského mozku, se předpokládá, že vitrifikace tkáně je nezbytná, aby se zabránilo zničení tkáně nebo informace zakódované v mozku. V současné době byly techniky vitrifikace aplikovány pouze na mozek (neurovitrifikace) společností Alcor a na horní část těla Kryonickým institutem, ale obě organizace provádějí výzkum s cílem aplikovat vitrifikaci na celé tělo.
Viz také
- Amorfní pevná látka
- Kryogenetika
- Sklo
- Radioaktivní rozpad
Poznámky
- Jack R. Layne, Jr, a Richard E. Lee, Jr. (1995), Adaptace žab k přežití mrazu. Výzkum klimatu 5: 53-59. Získáno 25. prosince 2008.
- M.I. Ojovan, and W.E. Lee, An Introduction to Nuclear Waste Immobilisation (Úvod do imobilizace jaderného odpadu) (Elsevier, Amsterdam, 2005), 315.
- Výpočty uvolňování formy odpadu pro hodnocení výkonnosti integrovaného úložiště z roku 2005 (PDF). PNNL-15198. Pacific Northwest National Laboratory (červenec 2005). Získáno 25. prosince 2008.
- Plenární zasedání: Fundamentals of Biopreservation (Základy biokonzervace). Vědecký program CRYO 2005. Společnost pro kryobiologii (24. července 2005). Získáno 25. prosince 2008.
- Ashle, Steven. Červen 2002. Rozděl a zasklívej. Scientific American.
- Lovgren, Stefan. Březen 2005. Mrtvoly zmrazené pro budoucí znovuzrození arizonskou společností. National Geographic.
- Vitrifikace: Putting the Heat on Waste.
Všechny odkazy vyhledány 9. května 2020.
- Vitrifikace v kryonice
- Křehkost kapalin a skelný přechod ve vodě a vodných roztocích
Credity
Spisovatelé a redaktoři encyklopedie Nový svět článek přepsali a doplnili v souladu se standardy encyklopedie Nový svět. Tento článek se řídí podmínkami licence Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), která může být použita a šířena s řádným uvedením autora. Podle podmínek této licence, která může odkazovat jak na přispěvatele encyklopedie Nový svět, tak na nezištné dobrovolné přispěvatele nadace Wikimedia, je třeba uvést údaje. To cite this article click here for a list of acceptable citing formats.The history of earlier contributions by wikipedians is accessible to researchers here:
- Vitrification history
The history of this article since it was imported to New World Encyclopedia:
- History of „Vitrification“
Note: Some restrictions may apply to use of individual images which are separately licensed.