A vitrifikáció olyan folyamat, amelynek során egy anyagot üvegszerű, kristályos szerkezettől mentes, amorf szilárd anyaggá alakítanak át, akár hő gyors elvételével vagy hozzáadásával, akár adalékanyaggal való keveréssel. Az üvegszerű szilárd anyag megszilárdulása az üvegesedési átmeneti hőmérsékleten történik (amely a túlhűtés miatt alacsonyabb az olvadási hőmérsékletnél, a Tm-nél).
Ha a kiindulási anyag szilárd, az üvegesítés általában az anyagok nagyon magas hőmérsékletre történő hevítésével jár. Sok kerámiát állítanak elő ilyen módon. Az üvegesedés a természetben is előfordulhat, amikor villámcsapás éri a homokot, ahol a szélsőséges és azonnali hő hatására üreges, elágazó, gyökérszerű üvegszerkezetek, úgynevezett fulgurit keletkezhetnek. A fehéráru kerámiákra alkalmazva az üveges azt jelenti, hogy az anyagnak rendkívül alacsony a folyadékok – gyakran, de nem mindig a víz – áteresztőképessége, ha egy meghatározott vizsgálati rendszerrel határozzák meg. A fehérkerámiák mikroszerkezete gyakran tartalmaz amorf és kristályos fázisokat is.
Példák
A szacharóz lassú hűtésekor kristálycukor (vagy kandiscukor) keletkezik, de gyors hűtésekor az eredmény szirupos vattacukor (candyfloss) lehet. Az üvegesedés akkor is bekövetkezhet, ha folyadékból, például vízből indulunk ki, általában nagyon gyors hűtés vagy a jégkristályok kialakulását elnyomó anyagok bejuttatása révén. A kriobiológiában használt vagy a sarkvidéken élő szervezetek által természetes úton előállított adalékanyagokat krioprotektánsoknak nevezik. A sarkvidéki békák és néhány más ektoterma természetes módon glicerint vagy glükózt termelnek a májukban, hogy csökkentsék a jégképződést. Amikor a glükózt krioprotektív anyagként használják a sarkvidéki békák, alacsony hőmérsékleten hatalmas mennyiségű glükóz szabadul fel, és az inzulin egy speciális formája lehetővé teszi, hogy ez az extra glükóz bejusson a sejtekbe. Amikor a béka tavasszal újra felmelegszik, az extra glükózt gyorsan el kell távolítani a sejtekből, és a vesekiválasztás és a hólyagban való tárolás révén újrahasznosítani. A sarkvidéki rovarok is használnak cukrokat krioprotektánsként. A sarkvidéki halak fagyálló fehérjéket használnak, amelyekhez néha cukrokat is csatolnak, mint krioprotektánsokat.
Alkalmazások
Az ablakokban és étkészletekben használt hagyományos szódabikarbónás mészüveg nátrium-karbonát és mész (kalcium-oxid) szilícium-dioxidhoz való hozzáadásával jön létre. Ezen adalékanyagok nélkül a szilícium-dioxid (lassú hűtéssel) homok- vagy kvarckristályt képez, nem pedig üveget.”
A vitrifikáció bevált technika a nukleáris hulladékok vagy más veszélyes hulladékok ártalmatlanításában és hosszú távú tárolásában. A hulladékot üvegképző vegyi anyagokkal keverik össze, hogy olvadt üveget képezzenek, amely aztán megszilárdul, immobilizálva a hulladékot. A hulladék végső formája obszidiánra hasonlít, és egy nem kioldódó, tartós anyag, amely hatékonyan zárja magába a hulladékot. A hulladék ebben a formában viszonylag hosszú ideig tárolható anélkül, hogy a levegő vagy a talajvíz szennyeződése miatt aggódni kellene. Az ömlesztett üvegesítés elektródákat használ a talaj és a hulladékok megolvasztására ott, ahol azok eltemetve vannak. A megszilárdult hulladékot ezután a széleskörű szennyeződés kisebb veszélye mellett lehet kitemetni. A Pacific Northwest National Labs szerint “A vitrifikáció a veszélyes anyagokat olyan stabil üvegformába zárja, amely évezredekig kitart.”
Az etilénglikolt autóipari fagyállószerként használják, a propilénglikolt pedig a jégkristályok csökkentésére használják a fagylaltban, így az simábbá válik.
A glicerint évek óta használják a kriobiológiában a vérsejtek és a bika spermájának krioprotektív anyagaként, amely lehetővé teszi a folyékony nitrogén hőmérsékleten történő tárolást. A glicerin azonban nem használható egész szervek védelmére a károsodástól. Ehelyett számos biotechnológiai vállalat jelenleg más, ilyen felhasználásra alkalmasabb krioprotektánsok kifejlesztését kutatja. Egy sikeres felfedezés végül lehetővé teheti az átültethető emberi és idegen szervek tömeges kriogén tárolását (vagy “banki tárolását”). Egy jelentős lépés ebbe az irányba már megtörtént. A Kryobiológiai Társaság 2005. júliusi éves konferenciáján a Twenty-First Century Medicine bejelentette egy nyúlvese -135 °C-ra történő üvegesítését saját fejlesztésű üvegesítési koktéljukkal. Újramelegítés után a vesét sikeresen átültették egy nyúlba, teljes funkcionalitással és életképességgel.
A krionikában, különösen az emberi agy megőrzésében, a szövetek üvegesítését szükségesnek tartják a szövet vagy az agyban kódolt információ megsemmisülésének megakadályozásához. Jelenleg az Alcor csak az agyakra (neurovitrifikáció), a Kryonikai Intézet pedig a felsőtestre alkalmazza a vitrifikációs technikákat, de mindkét szervezetnél folynak kutatások a vitrifikáció egész testre történő alkalmazására.
Lásd még
- Amorf szilárd anyag
- Kriogenika
- Üveg
- Radioaktív bomlás
Jegyzetek
- Jack R. Layne, Jr, és Richard E. Lee, Jr. (1995), Adaptations of frogs to survive freezing. Climate Research 5: 53-59. Letöltve 2008. december 25-én.
- M.I. Ojovan, and W.E. Lee, An Introduction to Nuclear Waste Immobilisation (Elsevier, Amsterdam, 2005), 315.
- Waste Form Release Calculations for the 2005 Integrated Disposal Facility Performance Assessment (PDF). PNNL-15198. Pacific Northwest National Laboratory (Csendes-északnyugati Nemzeti Laboratórium) (2005. július). Retrieved December 25, 2008.
- Plenáris ülés: A biokonzerválás alapjai. CRYO 2005 tudományos program. Kryobiológiai Társaság (2005. július 24.). Retrieved December 25, 2008.
- Ashle, Steven. 2002. június. Oszd meg és üvegesedj. Scientific American.
- Lovgren, Stefan. Március 2005. Hullákat fagyasztott le az arizonai cég a jövőbeli újjászületésért. National Geographic.
- Vitrifikálás: Putting the Heat on Waste.
All links retrieved May 9, 2020.
- Vitrifikáció a krionikában
- Liquid fragility and the glass transition in water and aqueous solutions
Credits
A New World Encyclopedia írói és szerkesztői a New World Encyclopedia szabványainak megfelelően átírták és kiegészítették a Wikipédia szócikket. Ez a szócikk a Creative Commons CC-by-sa 3.0 License (CC-by-sa) feltételei szerint, amely megfelelő forrásmegjelöléssel használható és terjeszthető. A licenc feltételei szerint, amely mind az Újvilág Enciklopédia munkatársaira, mind a Wikimédia Alapítvány önzetlen önkéntes közreműködőire hivatkozhat, elismerés jár. 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.