Witryfikacja to proces przekształcania materiału w szkliste, amorficzne ciało stałe, które jest wolne od struktury krystalicznej, albo przez szybkie usunięcie lub dodanie ciepła, albo przez mieszanie z dodatkiem. Zestalenie ciała stałego szklistego następuje w temperaturze zeszklenia (która jest niższa niż temperatura topnienia, Tm, z powodu przechłodzenia).
Gdy materiał wyjściowy jest stały, zeszklenie zwykle wymaga podgrzania substancji do bardzo wysokiej temperatury. W taki sposób produkuje się wiele materiałów ceramicznych. Witryfikacja może również wystąpić naturalnie, kiedy piorun uderza w piasek, gdzie ekstremalne i natychmiastowe ciepło może tworzyć puste, rozgałęzione struktury przypominające korzenie szkła, zwane fulgurytem. W odniesieniu do ceramiki białej, szkliste oznacza, że materiał ma wyjątkowo niską przepuszczalność dla cieczy, często, ale nie zawsze wody, gdy jest to określone przez określony reżim testowy. Mikrostruktura ceramiki białej często zawierają zarówno amorficzne i krystaliczne fazy.
Przykłady
Gdy sacharoza jest chłodzona powoli, wynik jest cukier kryształ (lub rock candy), ale, gdy chłodzony szybko, wynik może być w postaci syropu waty cukrowej (wata cukrowa). Witryfikacja może również wystąpić w przypadku rozpoczynania od cieczy, takiej jak woda, zwykle poprzez bardzo szybkie chłodzenie lub wprowadzenie środków, które hamują tworzenie się kryształów lodu. Dodatki stosowane w kriobiologii lub wytwarzane naturalnie przez organizmy żyjące w rejonach polarnych nazywane są krioprotektantami. Żaby arktyczne i niektóre inne ektotermy naturalnie wytwarzają w swoich wątrobach glicerol lub glukozę, które ograniczają tworzenie się lodu. Kiedy glukoza jest używana jako krioprotektant przez żaby arktyczne, ogromne ilości glukozy są uwalniane w niskiej temperaturze, a specjalna forma insuliny pozwala na wprowadzenie tej dodatkowej glukozy do komórek. Kiedy żaba ociepla się na wiosnę, dodatkowa glukoza musi być szybko usunięta z komórek i zutylizowana przez wydalanie nerkowe i przechowywanie w pęcherzu moczowym. Owady arktyczne również używają cukrów jako krioprotektantów. Ryby arktyczne używają białek zapobiegających zamarzaniu, czasami z dodatkiem cukrów, jako krioprotektantów.
Zastosowanie
Oryginalne szkło sodowo-wapniowe, używane w oknach i zastawie stołowej, powstaje przez dodanie węglanu sodu i wapna (tlenku wapnia) do dwutlenku krzemu. Bez tych dodatków dwutlenek krzemu będzie (przy powolnym chłodzeniu) tworzył piasek lub kryształ kwarcu, a nie szkło.
Witryfikacja jest sprawdzoną techniką w usuwaniu i długoterminowym przechowywaniu odpadów nuklearnych lub innych odpadów niebezpiecznych. Odpady miesza się z chemikaliami szkłotwórczymi, tworząc stopione szkło, które następnie krzepnie, unieruchamiając odpady. Ostateczna forma odpadów przypomina obsydian i jest niewymywalnym, trwałym materiałem, który skutecznie zatrzymuje odpady wewnątrz. W tej formie odpady mogą być przechowywane przez stosunkowo długi czas bez obawy o skażenie powietrza lub wód gruntowych. Masowa witryfikacja wykorzystuje elektrody do stopienia gleby i odpadów w miejscu ich zakopania. Utwardzone odpady mogą być następnie rozkopywane z mniejszym niebezpieczeństwem rozległego skażenia. Według Pacific Northwest National Labs, „witryfikacja zamyka niebezpieczne materiały w stabilnej szklanej formie, która przetrwa tysiące lat.”
Glikol etylenowy jest używany jako samochodowy środek zapobiegający zamarzaniu, a glikol propylenowy jest używany do redukcji kryształków lodu w lodach, dzięki czemu stają się one bardziej gładkie.
Od lat glicerol jest używany w kriobiologii jako krioprotektant dla komórek krwi i spermy byków, umożliwiający przechowywanie w temperaturze ciekłego azotu. Jednak glicerol nie może być używany do ochrony całych organów przed uszkodzeniem. Zamiast tego, wiele firm biotechnologicznych prowadzi obecnie badania nad opracowaniem innych krioprotektantów, bardziej odpowiednich do takich zastosowań. Udane odkrycie może ostatecznie umożliwić masowe kriogeniczne przechowywanie (lub „bankowanie”) narządów ludzkich i ksenobiotycznych nadających się do przeszczepu. Znaczący krok w tym kierunku już się dokonał. Na dorocznej konferencji Towarzystwa Kriobiologicznego w lipcu 2005 r. firma Twenty-First Century Medicine ogłosiła witryfikację króliczej nerki do temperatury -135°C za pomocą opatentowanego przez siebie koktajlu witryfikacyjnego. Po ponownym ogrzaniu nerkę z powodzeniem przeszczepiono królikowi, zachowując jej pełną funkcjonalność i żywotność.
W kontekście krioniki, szczególnie w przypadku konserwacji ludzkiego mózgu, uważa się, że witryfikacja tkanki jest konieczna, aby zapobiec zniszczeniu tkanki lub informacji zakodowanej w mózgu. Obecnie techniki witryfikacji są stosowane przez firmę Alcor tylko w odniesieniu do mózgów (neurowitryfikacja), a przez Instytut Krioniczny – do górnej części ciała, ale obie organizacje prowadzą badania nad zastosowaniem witryfikacji w odniesieniu do całego ciała.
Zobacz także
- Ciało stałe morficzne
- Kryogenika
- Szkło
- Rozpad promieniotwórczy
Notatki
- Jack R. Layne, Jr., i Richard E. Lee, Jr. (1995), Adaptations of frogs to survive freezing. Climate Research 5: 53-59. Pozyskane 25 grudnia 2008.
- 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 (lipiec 2005). Retrieved December 25, 2008.
- Sesja Plenarna: Fundamentals of Biopreservation. Program naukowy CRYO 2005. Society for Cryobiology (lipiec 24, 2005). Retrieved December 25, 2008.
- Ashle, Steven. June 2002. Divide and Vitrify. Scientific American.
- Lovgren, Stefan. March 2005. Corpses Frozen for Future Rebirth by Arizona Company. National Geographic.
- Vitrification: Putting the Heat on Waste.
Wszystkie linki pobrane 9 maja 2020.
- Witryfikacja w krionice
- Kruchość cieczy i przejście szkliste w wodzie i roztworach wodnych
Credits
New World Encyclopedia writers and editors rewrite and completed the Wikipedia articlein accordance with New World Encyclopedia standards. Ten artykuł jest zgodny z warunkami licencji Creative Commons CC-by-sa 3.0 License (CC-by-sa), która może być używana i rozpowszechniana z odpowiednim przypisaniem. Uznanie autorstwa jest należne zgodnie z warunkami tej licencji, która może odnosić się zarówno do współpracowników New World Encyclopedia, jak i bezinteresownych wolontariuszy Wikimedia Foundation. 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.