Durch die Untersuchung eines 20 Millionen Jahre alten Bernsteins haben Wissenschaftler ein für alle Mal bewiesen, dass Glas nicht fließt.

Es gibt Leute, die behaupten, dass die Glasfenster in alten Kirchen unten dicker sind als oben, weil Glas langsam wie eine Flüssigkeit fließt. Wir wissen seit langem, dass das nicht stimmt; diese Fenster sind unten dicker, was auf den Herstellungsprozess zurückzuführen ist. Im Mittelalter wurde ein Klumpen geschmolzenes Glas gewalzt, gedehnt und geglättet, bevor es zu einer Scheibe gedreht und in Scheiben geschnitten wurde. Diese Scheiben waren an den Rändern dicker und wurden so angebracht, dass die schwerere Seite unten lag.

Der Mythos, dass Glas fließt, hat sich jedoch über die Zeit gehalten. Das liegt zum Teil daran, dass Glas eine unterkühlte viskose Substanz ist, die verglast wurde – eine massive Veränderung der physikalischen Eigenschaften, bei der ein Phasenübergang erster Ordnung vermieden wurde (im Gegensatz zu den üblichen Übergängen zwischen festem/flüssigem/gasförmigem Zustand).

Wenn eine Flüssigkeit abkühlt, kristallisiert sie, was ihre Viskosität (ein Maß für ihren Fließwiderstand) erhöht. Wenn Glas jedoch abkühlt, bleibt es in einem festkörperähnlichen Zustand ohne Kristallisation. Im Wesentlichen steigt die Viskosität einer unterkühlten Flüssigkeit an, bis sie zu einem amorphen Feststoff oder Glas wird.

Der Forscher Robert Brill erklärt mehr:

Wie bei Flüssigkeiten sind die Atome, aus denen ein Glas besteht, nicht in einer regelmäßigen Ordnung angeordnet – und hier ergibt sich die Analogie. Flüssigkeiten fließen, weil es keine starken Kräfte gibt, die ihre Moleküle zusammenhalten. Ihre Moleküle können sich frei aneinander vorbeibewegen, so dass Flüssigkeiten gegossen, herumgespritzt und verschüttet werden können. Aber im Gegensatz zu den Molekülen in herkömmlichen Flüssigkeiten werden die Atome in Gläsern alle durch starke chemische Bindungen zusammengehalten. Es ist, als ob das Glas ein einziges riesiges Molekül wäre. Das macht Gläser starr, so dass sie bei Raumtemperatur nicht fließen können. Daher versagt die Analogie im Fall von Fließfähigkeit und Fließen.

Glas, das weder fest noch flüssig ist, hat einige zu der Annahme verleitet, dass es sich immer noch in einem fließenden Zustand befinden könnte.

Um diese Vorstellung endgültig zu widerlegen, analysierten Jing Zhao, Sindee Simon und Gregory McKenna ein 20 Millionen Jahre altes Stück konservierten Bernsteins. Sie verwendeten Bernstein – ein organisches Polymer – weil die Dynamik von Glas unabhängig davon, ob es organisch oder anorganisch ist, erhalten bleibt. Fossiler Bernstein bietet Wissenschaftlern auch die Möglichkeit, glasbildende Materialien weit unterhalb der typischen Glasübergangstemperatur zu untersuchen; angesichts seines extremen Alters ist er eine ultrastabile Form von Glas.

Gutschrift: Texas Tech University.

Das Team führte eine Reihe von kalorimetrischen und Spannungsrelaxationsexperimenten an dem dominikanischen Bernstein durch. Sie maßen seine Relaxationszeiten (intermolekulare Umlagerungen) bei verschiedenen Temperaturen, auch oberhalb seiner fiktiven Temperatur. Das Team stellte fest, dass die Relaxationszeiten des Bernsteins nicht voneinander abweichen – was bedeutet, dass es sich unmöglich um eine Art Flüssigkeit handeln kann.

„Dieses Ergebnis stellt alle klassischen Theorien zum Glasübergangsverhalten in Frage“, so McKenna in einer Erklärung.

Lesen Sie die gesamte Studie bei Nature Communications: „Using 20-million-year-old amber to test the super-Arrhenius behaviour of glass-forming systems.“

Bild oben: Vladimir Sazonov/.