‘Amorf bir nesne’ Cam!

Cam sözlüklerde soğuk bir ifadeyle ‘amorf bir nesne’ olarak tanımlansa da, elmas kadar parlak, opal kadar ateşli, gök kuşağı kadar renkli, örümcek ağı kadar hafif ve narin ya da 20 ton ağırlığında bir ayna kadar büyük, yumurta kabuğu kadar kırılgan, ya da çelik kadar sert olabilir.

Doğrusunu söylemek gerekirse cam ‘alışılmadık’ bir malzemedir. Camsız bir dünyayı düşünmek bilim ve uygarlığın olmadığı bir dünyayı düşünmekle aynıdır. Günümüzde bilim zamanı ölçmek için kum saati, hastalıklara sebep olduğuna inanılan kötü ruhlardan ya da bakışlardan korunmak için nazarlık kullanmaktan çok ileridedir. Cam, bilim yolculuğunun her adımında ona eşlik etmiştir.

Camın keşfi tarih sayfalarında kaybolmuştur, fakat 4000 yıl kadar öncesine dayandığı biliniyor.
Yüzyıllarca cam, takıda, mücevherde, yer ve duvar mozaiğinde kullanıldı. Camın kullanım amacının genişlemesi, cam üflemeciliğinin icadıyla gerçekleşti. M.Ö. 20’de bu yeni cam üretme yönteminin kullanılması endüstriyel bir devrim yarattı ve camın lüks malzeme üretiminden işlevsel malzeme üretimine kaymasını sağladı. Pompeii, M.S. 79’da mahvolduğunda, ardında bu devrimle ilgili kanıtlar bıraktı. Üzeri kaplanmış cam ürünlerin kalıntıları cam üretiminin çok gelişkin bir noktada olduğunu ve pencere camının artık iyi kalitede üretilebildiğini gösteriyordu.

M.S. 330’lu yıllarda Roma İmparatoru Konstantinapol cam üfleyicilerini Konstantinopolis’e (şimdiki adıyla İstanbul’a) göndermişti. Bizanslı cam işçileri renkli cam ve mozaik üretiminde ustalaşmışlardı; boyalı pencere camları ilk bu dönemde ortaya çıktı. Kaynağı ne olursa olsun cam sanatı Fransa’ya ulaştıktan sonra, kullanmaya başlayanların sayısı oldukça arttı. Ortaçağın karanlık dönemlerinde cam endüstrisi İslam Dünyasında canlandı. Daha sonra Venedikli üreticilerle Avrupa’da tekrar önem kazandı.
M.S. 1159’da St. Marcus Katedrali inşaa edildiğinde tüm binanın İncili anlatan cam mozaikle kaplanması 250 yıl sürdü. Aynaların cıva ile sırlanması 1369’da gerçekleşti. 1700’lerde Venedik’te 300 cam mozaik üretim atölyesi ve fabrikası mevcutken, 19. yy’da sadece 1 tane kalmıştır. Bu mozaik devrinin1600’lerde kömürün odundan daha çok ısı verdiği ve cam üretiminde yakıt olarak kullanılmasının daha çok işe yarayacağı anlaşıldı. Cam işçiliği yapan herkes cam sanatında ustaydı. 19.yy’da cam üretimindeki mekanikleşmeyle, pencere camı boyutları büyüdü. 19. yy sonlarında camın ancak kimyasında gelişme kaydedildi. Alman bilim adamları bu dönemde optik aletler için yeni camlar geliştirmeye çalışıyorlardı. 20. yüzyılın ilk yarısına cam üretimindeki ve kullanım alanındaki gelişmeler nedeniyle ‘Cilalı Cam Devri’ denilebilir.

1903’te Michael Owens ilk cam üretim makinesini icat etti. Bugün, cam iplik haline bile getirilebiliyor. Bir cam iplikçiği bir insan saçının 1/15’i kadar inceltilebilir. Bu da yarım kilo camla ekvatoru çevreleyebilmek anlamına gelir.

Birçok sayıdaki kimyasal madde (boraks, soda gibi) sıvı camda, camın sertleşmesi gibi çeşitli özelliklerin cama katılması için kullanılır. Belli bir karakterdeki camın oluşumu camın soğutulma hızına bağlıdır ve atomlar arası ya da atom grupları arasındaki karışık bağ yapılarına (Kovalent ve iyonik bağlar) ihtiyaç duyar. Bireysel atomlar Ôkristal kafes’ diye bilinen düzenli 3 boyutlu diziler meydana getirdiğinde, kristaller oluşur. Fakat cam, sıvı haldeyken soğumaya başladığında, rasgele bir ağ oluşturur. Camın oluşumunda yer alan asıl parçalara, bu durumda ağ oluşturucuları diyebiliriz.

İyonlar bu ağın bazı bölgelerine sızarak, ağ yapısını yeniden düzenlerler ve böylece camın iyonlara bağlı olan özellikleri ortaya çıkar. İyonlara ağ düzenleyicileri denmesinin sebebi budur. Camın kimyasal dayanıklılığı, diğer bilinen malzemelerden çok daha fazla ve geniş bir yelpazededir. Ayrıca mekanik dayanırlığını da kurşungeçirmez camların varlığı kanıtlar. Kurşungeçirmez camların yapısında polikarbonat vardır vecamın bir santimetre kalınlıkta olması kurşun geçirmemesi için yeterlidir.

Camlar kimyasal içerikleri bakımından çeşitlilik gösterirler. Camın bileşiminde periyodik tablodaki birçok element bulunabilir; fakat ticari olarak üretilen çok çeşitteki camlar üç ana gruba ayrılırlar:

soda-kireç, kurşun ve borosilikat camı.

Soda-kireç camı fiziksel ve kimyasal özelliği bakımından görünür optik ve uygulamaları için çok uygundur. Ayrıca, soda, camın işlenme sıcaklığını düşürdüğü için, maliyeti de azaltır. Sodasız cam saf camdır, saf malzemelerin işlenme sıcaklıkları yüksek olur. O dönemde cam elde etmek için yeterli ateşi yeterli sıcaklığa çıkarmak için odun ya da kömür yeterli değildi. Yani soda olmasa idi camın keşfi bin ya da iki bin yıl ertelenebilirdi. Anadolu’da sodalı camın kullanılması çok eskilere dayanır. Sümer tabletlerinde sodaya naga deniyordu. İlk dönemlerde, soda elde etmek için, soda oranı çok olan uhulu ağacının (Akad dilinde aban u hu li diye geçer) küllerinden ya da Van gölünün sodalı suyundan yararlanılıyordu.

Renksiz türleri görünür ışığı çok iyi geçirdiği için pencere camlarında Romalılardan beri kullanılırlar. Pencere camları ilk olarak, merkezkaç etkisi yaratılarak döndürülerek yapılıyordu. Daha sonra üfleme tekniğinin keşfi ile cam, şişirilerek silindir haline getirildikten sonra, silindirin yan yüzeyi kesilerek elde edilen pek de düzgün olmayan pencere camı, diğer tekniğin sağladığı boyutlardan daha büyük oluyordu. Flotal cam dediğimiz cam da sıvı kalay yüzeyinde yüzdürülerek elde ediliyor. Flotal cam tüm diğer camlardan çok daha düzgün bir yüzeye sahiptir.

Soda-kireç camının başlıca dezavantajı yüksek ısıl genleşme özelliğine sahip olmasıdır; yani ısıtılınca yapısal olarak genişlerler. Silika ısıtılınca fazla genişlemez; fakat sodanın eklenmesi genleşme özelliğini dramatik bir biçimde artırır; genel olarak, soda ne kadar fazlaysa, sıcaklık değişimlerine karşı camın direnci de o kadar düşüktür. Soğuk günlerde ince belli çay bardağınıza sıcak çay doldururken cam üzerinde ısıl şok yarattığınız için bardağınız çatlayabilir.

Kalsiyum oksit yerine kurşun oksit ve sodyum oksitin yerine potasyum oksit kullanılması, kurşun camı olarak bilinen cam türünü oluşturur. % 24 PbO içeren camlar, kristal cam diye bilinen cam türünün içinde yer alırlar. Kurşun camı göreceli yumuşak yapısı nedeniyle işlenebilir ve yüksek kırılma indisine sahiptir. Daha fazla kurşun oksit içeren camlar (%65) radyasyon perdeleme camları olarak kullanılabilirler, çünkü kurşunun, bilindiği gibi gama ışınlarını ve değişik formdaki zararlı radyasyonu emebilme yeteneği vardır.
Borosilikat camı % 70–80 silika ve %7–13 bor oksitten ve az miktarda alkali (sodyum ve potasyum oksit) ve alüminyum oksitten meydana gelir. Borosilikat camı düşük alkali içeriği ve kimyasal ve ısı şoku dayanıklılığı ile karakterize edilir; bu yüzden, Pyrex diye bildiği cam mutfak malzemelerinde kullanılır.
Borosilikat camı suya, asitlere, tuz çözeltilerine, organik maddelere ve halojenlere (klor ve brom) yüksek düzeyde dayanıklılık gösterir. Göreceli olarak alkali çözeltilerine karşı da dayanıklıdır. Sadece hidroflorik asit, yoğun fosforik asit ve güçlü alkalin çözeltileri, yüksek sıcaklıklarda kabın yüzeyinde bozulmaya yol açarlar.

Cam stabil yapıdadır. Mükemmel bir kimyasal terkibe sahiptir. Işığın tamamına yakın bir kısmının içinden geçmesine izin verir. Çok az bir kısmı ön ve arka yüzeyden yansıma yoluyla kaybolur. Bu yansımalar Antirefle kaplamalarla önlenir. Işığın camdan geçmesi sırasında kimyasal yapısında bir değişme olmaz.

CAM ve UV RADYASYONU

Gözlük camlarının her iki yüzeyi polisaj yapılmak suretiyle parlatılır. Bu işlem parlak homojen bir görünüm almasını sağlar. Konveks camlar taban tabana, konkav camlar tepe tepeye prizma sistemidir. Bu şekilde üretilmeleri camlara optik bir sistem olma özelliği kazandırır. Işık prizmada daima tabana doğru kırılır. Konveks lensler paralel gelen ışığı camdan geçtikten sonra bir odak noktasında toplar. Konkav camlar paralel gelen ışığı hiçbir zaman bir fokus noktasında birleştiremezler. Gözlük camların üretiminde hammadde olarak günümüzde plastikler kullanılmaktadır. Cama göre %50 daha hafif olan organik camlar zor kırılır ancak çabuk çizilir ve stabil yapıda değildir. Gözlük camları ile ilgili araştırmalar henüz bitmemiştir. Cam ve organiklerin ortak özelliklerine sahip bir ürün elde edilene kadarda bilimsel çalışmalar ve araştırmalar yirmi birinci yüzyılda da sürecektir.

Modern gözlük camları insanların birçok sorununu çözmek için reçetelendirilir ve önerilir. En çokta refraksiyon kusurlarının düzeltilmesinde kullanılır. Gözlük refraksiyon kusurlarını düzeltmede kullanılan optik bir sağlık gerecidir. Cam güneş ve emniyet gözlüğü olarak ta kullanılır.

Kısa dalga boylu UV ışınları gözle görülmez enerji bakımından da daha yüklü oldukları için canlı dokuların zamanından önce yaşlanmasına neden olur. Beyaz gözlük camlarının UV-A (280-315nm)ışınlarının tamını UVB (315-380nm) dalga boyunun %45–50 sini tutması gerekir. Daha yüksek oranda UV tutan camlarda piyasada mevcuttur. nm(nanometre )milimetrenin milyonda bir büyüklüğünü ifade eder.

Dünyadan 93 milyon mil uzaktaki bir ateş topu olan güneş yaşadığımız ortamdaki bütün hayatı desteklemektedir. Ancak hayat veren bu ışınlar aynı zamanda tehlikeleri de içermektedir. Güneş tarafından dünyaya gönderilen temel tehlike (ULTRAVİOLE) formundaki radyasyon kısaca UV radyasyonudur. Ultraviyole radyasyonu ,solar enerjinin bir komponenti olmakla beraber ,kaynak makineleri ,lazer gibi yapay kaynaklardan da yayılabilir.

UVC radyasyonu dünyanın ozon tabakasında absorbe edilir. Bu nedenle Dünyada tehlike derecesinde mevcut değildir. UVA ve UVB radyasyonları Dünya yüzeyine ulaşırlar. Bu iki ayrı dalga boylu radyasyonun göze ve görmeye uzun veya kısa süreli olumsuz etkileri olduğundan korunmak gerekir. UV radyasyonuna uzun süre maruz kalınması daha tehlikelidir. Birçok bilimsel araştırma az miktardaki UVB radyasyonuna uzun yıllar boyu maruz kalınmasının gözde katarakt gelişimini artırdığını, retinada görmeyi sağlayan zengin sinir liflerin tahribine neden olduğunu göstermiştir.

UV radyasyonunun etkileri kümülâtiftir. Bunun anlamı, gözün UV radyasyonuna maruz kalma süresi uzadıkça gözde, yaşamın ileri aşamalarında katarak gibi durumların gelişme risklerinin artacağıdır. Bu sebeple alanlarda çalışırken yahut açık alan sporlarına katılırken veya yürüyüş yaparken, etrafta gezip dolaşırken güneş altında bir iş yaparken, gözü iyice koruyacak kaliteli bir güneş gözlüğü ve geniş bir sperlikli bir şapkaya ihtiyaç olacaktır.

Kaliteli bir güneş gözlüğü %99–100 oranında UVA ve UVB radyasyonunun önlemelidir. Rekli görmeyi iyi sağlamalı ve distorsiyonlara sebep olmamalıdır. Her renkte güneş gözlüğü bulunmasına rağmen Gri, Yeşil ve Kahverengi tercih edilmelidir.

En etkili koruma sağlayan renkleri, genellikle kullanıldığı ortamlara göre seçmek gerekir.

Deniz, gökyüzü ve karlı ortamlarda koyu gri, füme
Orman yeşil alan bahçeli ortamlarda, Yeşil
Çöl, çıplak arazi, dağ, beton, asfalt, aydınlık iç mekânlarda şehir içi, plaj, koyu kahve

Etrafınızda bulunan kullandığımız hemen her nesnede biraz cam vardır. Yani camı kullanırız, görürüz, ya da cam yardımıyla görürüz.

Taylan KÜÇÜKER– Eczacı/ Gözlükçü

Kaynaklar
Özgür Ergin
Konu Danışmanı: İnci Gökmen
Prof.Dr. ODTÜ Kimya Bölümü
Bilgin, A. Şafak C., H.Ü.Eczacılık Fakültesi Farmasötik Kimya Laboratuvar Çalışmaları, 1996
Carberry, E. Glassblowing, MG’s Publishing,1994
Diamond, F. The Story of Glass, New York, 1953
Scholes, S. R. Modern Glass Practice, Massachusettes, 1974
Teknikcam Cam Laboratuvar Malzemeleri Üretim Katoloğu, 1983
Tez, Z., Kimya Tarihi, V Yayınları, 1986
Gözlerin UV Radyasyonundan Korunması(Nejat KAYIN)
Practical Aspects Ophtlalmic Optics(Margaret Dowaliby, O.d. Prof.)