Cristalização e relaxação em vidros óxidos uma tentativa de solução do Paradoxo de Kauzmann
Autor(a) principal: | |
---|---|
Data de Publicação: | 2021 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFSCAR |
Texto Completo: | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/15026 |
Resumo: | The quest for a solution to Kauzmann’s Paradox has been a lifelong journey for many glass scientists over the last seventy years. The idea that this paradox may violate the Third Law of Thermodynamics is what makes it such an exciting topic for study, even more so, with some possible solutions proposed on the literature. The aim of this work is to find a possible solution to the paradox formulated by Kauzmann in his 1948 paper by using his very same hypothesis. If Kauzmann’s extrapolations of entropy were correct, then a supercooled liquid would have the same entropy as the stable isochemical crystalline phase at some temperature below the laboratory glass transition temperature, Tg, known as Kauzmann’s temperature, TK. If we extrapolate the liquid’s entropy even further, it becomes zero at a temperature above zero Kelvin, which violates the Third Law constituting a paradox. By comparing the relaxation kinetics with crystallization rates, both extrapolated down to TK, if the crystallization kinetics are faster than the relaxation kinetics there is no liquid at Kauzmann’s temperature, which would deny the paradox. In this case, the liquid stability limit or kinetic spinodal temperature should be higher than TK. We tested two fragile glass-forming liquids (diopside and wollastonite) and two strong liquids (silica and germania). For the fragile substances, Tks >> TK, so a supercooled liquid cannot exist at TK, and the entropy crisis is averted. On the other hand, the results for the strong liquids were inconclusive. We hope these findings entice glass researchers to further investigate the crystallization and relaxation dynamics of different strong glassforming systems at deep supercoolings. |
id |
SCAR_e23a7fbcf634c748448f92eb5d46b9a3 |
---|---|
oai_identifier_str |
oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/15026 |
network_acronym_str |
SCAR |
network_name_str |
Repositório Institucional da UFSCAR |
repository_id_str |
|
spelling |
Passos, Rodrigo Cardoso dosZanotto, Edgar Dutrahttp://lattes.cnpq.br/1055167132036400Cassar, Daniel Robertohttp://lattes.cnpq.br/1717397276752482http://lattes.cnpq.br/15525471895350772021-10-18T23:18:38Z2021-10-18T23:18:38Z2021-09-03PASSOS, Rodrigo Cardoso dos. Cristalização e relaxação em vidros óxidos: uma tentativa de solução do Paradoxo de Kauzmann. 2021. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2021. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/15026.https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/15026The quest for a solution to Kauzmann’s Paradox has been a lifelong journey for many glass scientists over the last seventy years. The idea that this paradox may violate the Third Law of Thermodynamics is what makes it such an exciting topic for study, even more so, with some possible solutions proposed on the literature. The aim of this work is to find a possible solution to the paradox formulated by Kauzmann in his 1948 paper by using his very same hypothesis. If Kauzmann’s extrapolations of entropy were correct, then a supercooled liquid would have the same entropy as the stable isochemical crystalline phase at some temperature below the laboratory glass transition temperature, Tg, known as Kauzmann’s temperature, TK. If we extrapolate the liquid’s entropy even further, it becomes zero at a temperature above zero Kelvin, which violates the Third Law constituting a paradox. By comparing the relaxation kinetics with crystallization rates, both extrapolated down to TK, if the crystallization kinetics are faster than the relaxation kinetics there is no liquid at Kauzmann’s temperature, which would deny the paradox. In this case, the liquid stability limit or kinetic spinodal temperature should be higher than TK. We tested two fragile glass-forming liquids (diopside and wollastonite) and two strong liquids (silica and germania). For the fragile substances, Tks >> TK, so a supercooled liquid cannot exist at TK, and the entropy crisis is averted. On the other hand, the results for the strong liquids were inconclusive. We hope these findings entice glass researchers to further investigate the crystallization and relaxation dynamics of different strong glassforming systems at deep supercoolings.A procura da solução do Paradoxo de Kauzmann tem sido um projeto de carreira para muitos cientistas de vidros e líquidos super-resfriados nos últimos setenta anos. A possibilidade de violar a Terceira Lei da Termodinâmica é o que o torna este um assunto tão interessante, tema de centenas de estudos. O objetivo deste projeto de pesquisa foi testar uma possível solução ao paradoxo; solução previamente proposta pelo próprio Walter Kauzmann em seu famoso estudo de 1948. Se a extrapolação de entropia realizada por ele estiver correta, então um líquido super-resfriado teria a mesma entropia que sua fase cristalina estável em uma temperatura abaixo da temperatura de transição vítrea laboratorial, conhecida como Temperatura de Kauzmann (T K). Extrapolando ainda mais a entropia do líquido super-resfriado, ela se anularia em uma temperatura acima do zero absoluto, o que violaria a Terceira Lei da Termodinâmica, constituindo o verdadeiro paradoxo. Ao comparar a cinética de relaxação do líquido (via viscosidade) com a cinética de cristalização, ambas extrapoladas até TK, se a cristalização for mais rápida que a primeira não existirá um líquido na temperatura de Kauzmann e o paradoxo será negado. Neste caso, o limite de estabilidade do líquido (conhecido como temperatura “espinoidal cinética”, Tks) deve ser maior do que TK. Testamos dois líquidos formadores de vidro frágeis (diopsídio e wollastonita) e dois líquidos fortes (sílica e germânia). Para as substâncias frágeis, descobrimos que Tks >> TK, tal que o líquido superresfriado não pode existir em TK, e a crise de entropia é evitada. Por outro lado, os resultados para os líquidos fortes foram inconclusivos. Esses resultados avançam o conhecimento existente sobre a dinâmica de líquidos formadores de vidro super-resfriados. Esperamos que instiguem outros pesquisadores a investigar a dinâmica de cristalização e relaxação de diferentes sistemas formadores de vidro fortes em super-resfriamento profundo.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)CNPq: 134276/2019-1FAPESP: 2019/20978-1porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEMUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessCristalizaçãoRelaxaçãoViscosidadeEstado vítreoCrystallizationRelaxationViscosityVitreous stateENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOSCristalização e relaxação em vidros óxidos uma tentativa de solução do Paradoxo de KauzmannCristallization and relaxation in oxide glasses an attempt to solve the Kauzmann Paradoxinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALVersão Definitiva.pdfVersão Definitiva.pdfdissertação de mestradoapplication/pdf1881413https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15026/1/Vers%c3%a3o%20Definitiva.pdf3e11c7b05a780acb1e6b224c4ba9ddfbMD51BCO carta comprovante autoarquivamento (1).pdfBCO carta comprovante autoarquivamento (1).pdfCarta comprovanteapplication/pdf247248https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15026/3/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento%20%281%29.pdf054ab65536e0fffd350ad9c77b475239MD53CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15026/4/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD54TEXTVersão Definitiva.pdf.txtVersão Definitiva.pdf.txtExtracted texttext/plain149189https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15026/5/Vers%c3%a3o%20Definitiva.pdf.txtbc684bd677b0040eef479de5e4b53690MD55BCO carta comprovante autoarquivamento (1).pdf.txtBCO carta comprovante autoarquivamento (1).pdf.txtExtracted texttext/plain1457https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15026/7/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento%20%281%29.pdf.txt9c9095f0d586ec4ddeb9025edb0aceeeMD57THUMBNAILVersão Definitiva.pdf.jpgVersão Definitiva.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg6270https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15026/6/Vers%c3%a3o%20Definitiva.pdf.jpg1f8bfce821507c5032925c1ac8ec42beMD56BCO carta comprovante autoarquivamento (1).pdf.jpgBCO carta comprovante autoarquivamento (1).pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg10255https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15026/8/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento%20%281%29.pdf.jpgcf7fcff95fdf91e96935845309f555ccMD58ufscar/150262021-11-18 12:28:32.397oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/15026Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222021-11-18T12:28:32Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
dc.title.por.fl_str_mv |
Cristalização e relaxação em vidros óxidos uma tentativa de solução do Paradoxo de Kauzmann |
dc.title.alternative.eng.fl_str_mv |
Cristallization and relaxation in oxide glasses an attempt to solve the Kauzmann Paradox |
title |
Cristalização e relaxação em vidros óxidos uma tentativa de solução do Paradoxo de Kauzmann |
spellingShingle |
Cristalização e relaxação em vidros óxidos uma tentativa de solução do Paradoxo de Kauzmann Passos, Rodrigo Cardoso dos Cristalização Relaxação Viscosidade Estado vítreo Crystallization Relaxation Viscosity Vitreous state ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS |
title_short |
Cristalização e relaxação em vidros óxidos uma tentativa de solução do Paradoxo de Kauzmann |
title_full |
Cristalização e relaxação em vidros óxidos uma tentativa de solução do Paradoxo de Kauzmann |
title_fullStr |
Cristalização e relaxação em vidros óxidos uma tentativa de solução do Paradoxo de Kauzmann |
title_full_unstemmed |
Cristalização e relaxação em vidros óxidos uma tentativa de solução do Paradoxo de Kauzmann |
title_sort |
Cristalização e relaxação em vidros óxidos uma tentativa de solução do Paradoxo de Kauzmann |
author |
Passos, Rodrigo Cardoso dos |
author_facet |
Passos, Rodrigo Cardoso dos |
author_role |
author |
dc.contributor.authorlattes.por.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/1552547189535077 |
dc.contributor.author.fl_str_mv |
Passos, Rodrigo Cardoso dos |
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv |
Zanotto, Edgar Dutra |
dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/1055167132036400 |
dc.contributor.advisor-co1.fl_str_mv |
Cassar, Daniel Roberto |
dc.contributor.advisor-co1Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/1717397276752482 |
contributor_str_mv |
Zanotto, Edgar Dutra Cassar, Daniel Roberto |
dc.subject.por.fl_str_mv |
Cristalização Relaxação Viscosidade Estado vítreo |
topic |
Cristalização Relaxação Viscosidade Estado vítreo Crystallization Relaxation Viscosity Vitreous state ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS |
dc.subject.eng.fl_str_mv |
Crystallization Relaxation Viscosity Vitreous state |
dc.subject.cnpq.fl_str_mv |
ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS |
description |
The quest for a solution to Kauzmann’s Paradox has been a lifelong journey for many glass scientists over the last seventy years. The idea that this paradox may violate the Third Law of Thermodynamics is what makes it such an exciting topic for study, even more so, with some possible solutions proposed on the literature. The aim of this work is to find a possible solution to the paradox formulated by Kauzmann in his 1948 paper by using his very same hypothesis. If Kauzmann’s extrapolations of entropy were correct, then a supercooled liquid would have the same entropy as the stable isochemical crystalline phase at some temperature below the laboratory glass transition temperature, Tg, known as Kauzmann’s temperature, TK. If we extrapolate the liquid’s entropy even further, it becomes zero at a temperature above zero Kelvin, which violates the Third Law constituting a paradox. By comparing the relaxation kinetics with crystallization rates, both extrapolated down to TK, if the crystallization kinetics are faster than the relaxation kinetics there is no liquid at Kauzmann’s temperature, which would deny the paradox. In this case, the liquid stability limit or kinetic spinodal temperature should be higher than TK. We tested two fragile glass-forming liquids (diopside and wollastonite) and two strong liquids (silica and germania). For the fragile substances, Tks >> TK, so a supercooled liquid cannot exist at TK, and the entropy crisis is averted. On the other hand, the results for the strong liquids were inconclusive. We hope these findings entice glass researchers to further investigate the crystallization and relaxation dynamics of different strong glassforming systems at deep supercoolings. |
publishDate |
2021 |
dc.date.accessioned.fl_str_mv |
2021-10-18T23:18:38Z |
dc.date.available.fl_str_mv |
2021-10-18T23:18:38Z |
dc.date.issued.fl_str_mv |
2021-09-03 |
dc.type.status.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
dc.type.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/masterThesis |
format |
masterThesis |
status_str |
publishedVersion |
dc.identifier.citation.fl_str_mv |
PASSOS, Rodrigo Cardoso dos. Cristalização e relaxação em vidros óxidos: uma tentativa de solução do Paradoxo de Kauzmann. 2021. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2021. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/15026. |
dc.identifier.uri.fl_str_mv |
https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/15026 |
identifier_str_mv |
PASSOS, Rodrigo Cardoso dos. Cristalização e relaxação em vidros óxidos: uma tentativa de solução do Paradoxo de Kauzmann. 2021. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2021. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/15026. |
url |
https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/15026 |
dc.language.iso.fl_str_mv |
por |
language |
por |
dc.rights.driver.fl_str_mv |
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ info:eu-repo/semantics/openAccess |
rights_invalid_str_mv |
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ |
eu_rights_str_mv |
openAccess |
dc.publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Federal de São Carlos Câmpus São Carlos |
dc.publisher.program.fl_str_mv |
Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM |
dc.publisher.initials.fl_str_mv |
UFSCar |
publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Federal de São Carlos Câmpus São Carlos |
dc.source.none.fl_str_mv |
reponame:Repositório Institucional da UFSCAR instname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR) instacron:UFSCAR |
instname_str |
Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR) |
instacron_str |
UFSCAR |
institution |
UFSCAR |
reponame_str |
Repositório Institucional da UFSCAR |
collection |
Repositório Institucional da UFSCAR |
bitstream.url.fl_str_mv |
https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15026/1/Vers%c3%a3o%20Definitiva.pdf https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15026/3/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento%20%281%29.pdf https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15026/4/license_rdf https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15026/5/Vers%c3%a3o%20Definitiva.pdf.txt https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15026/7/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento%20%281%29.pdf.txt https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15026/6/Vers%c3%a3o%20Definitiva.pdf.jpg https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15026/8/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento%20%281%29.pdf.jpg |
bitstream.checksum.fl_str_mv |
3e11c7b05a780acb1e6b224c4ba9ddfb 054ab65536e0fffd350ad9c77b475239 e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 bc684bd677b0040eef479de5e4b53690 9c9095f0d586ec4ddeb9025edb0aceee 1f8bfce821507c5032925c1ac8ec42be cf7fcff95fdf91e96935845309f555cc |
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv |
MD5 MD5 MD5 MD5 MD5 MD5 MD5 |
repository.name.fl_str_mv |
Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR) |
repository.mail.fl_str_mv |
|
_version_ |
1777472142763360256 |