Tutkijat ovat 20 miljoonaa vuotta vanhaa meripihkakimpaletta tutkimalla todistaneet lopullisesti, että lasi ei virtaa.

Jotkut ihmiset väittävät, että vanhojen kirkkojen lasimaalaukset ovat alhaalla paksumpia kuin ylhäällä, koska lasi virtaa hitaasti kuin neste. Olemme jo pitkään tienneet, että tämä ei pidä paikkaansa; nämä ikkunat ovat alhaalta paksumpia tuotantoprosessista johtuen. Keskiajalla sulaa lasia valssattiin, paisutettiin ja litistettiin, minkä jälkeen se pyöräytettiin kiekoksi ja leikattiin ruuduiksi. Nämä levyt olivat reunoiltaan paksumpia ja asennettiin siten, että painavampi puoli oli alhaalla.

Myytti siitä, että lasi virtaa, on kuitenkin säilynyt ajan saatossa. Osasyynä on se, että lasi on alijäähtynyt viskoosi aine, joka lasittui – massiivinen muutos fysikaalisissa ominaisuuksissa, jossa vältettiin ensimmäisen asteen faasisiirtymä (toisin kuin tavanomaisissa kiinteän aineen olomuodon, nesteen tai kaasun olomuodon siirtymissä).

Nesteen jäähtyessä se kiteytyy, mikä kasvattaa sen viskositeettia (virtausvastuksen mitta). Mutta kun lasi jäähtyy, se jää jumiin kiinteän kaltaiseen tilaan, jossa ei tapahdu kiteytymistä. Periaatteessa alijäähtyneen nesteen viskositeetti nousee, kunnes siitä tulee amorfinen kiinteä aine eli lasi.

Tutkija Robert Brill selittää lisää:

Kuten nesteidenkin kohdalla, lasin muodostavat atomit eivät ole järjestäytyneet mihinkään säännönmukaiseen järjestykseen – ja tästä syntyy analogia. Nesteet virtaavat, koska niiden molekyylejä ei pidä kasassa vahvat voimat. Niiden molekyylit voivat liikkua vapaasti toistensa ohi, joten nesteitä voidaan kaataa, roiskia ja läikyttää. Mutta toisin kuin tavanomaisten nesteiden molekyylit, lasien atomit pysyvät tiukasti yhdessä vahvojen kemiallisten sidosten avulla. On kuin lasi olisi yksi jättimäinen molekyyli. Tämä tekee laseista jäykkiä, joten ne eivät voi virrata huoneenlämmössä. Näin ollen analogia epäonnistuu juoksevuuden ja virtauksen osalta.

Lasi on siis tässä omituisessa tilassaan, jossa se ei ole kiinteä eikä nestemäinen, saanut jotkut olettamaan, että se on silti potentiaalisesti virtaavassa tilassa.

Jing Zhao, Sindee Simon ja Gregory McKenna analysoivat 20 miljoonaa vuotta vanhaa säilyneen meripihkan kappaletta, jotta tämä ajatus saataisiin vihdoin kumottua. He käyttivät meripihkaa – orgaanista polymeeriä – koska lasin dynamiikka säilyy riippumatta siitä, onko se orgaanista vai epäorgaanista. Fossiilinen meripihka tarjoaa tutkijoille myös mahdollisuuden tutkia lasia muodostavia materiaaleja kaukana tyypillisten lasinsiirtymälämpötilojen alapuolella; äärimmäisen ikänsä vuoksi se on erittäin stabiili lasin muoto.

Luottoluokitus: Texasin teknillinen korkeakoulu.

Työryhmä suoritti dominikaaniselle meripihkalle sarjan kalorimetrisiä ja jännitysrelaksaatiokokeita. He mittasivat sen relaksaatioaikoja (molekyylien välisiä uudelleenjärjestelyjä) eri lämpötiloissa, myös sen kuvitteellisen lämpötilan yläpuolella. Ryhmä havaitsi, että meripihkan relaksaatioajat eivät eronneet toisistaan – mikä tarkoittaa, että se ei mitenkään voisi olla jonkinlainen neste.

”Tämä tulos haastaa kaikki klassiset teoriat lasinsiirtymiskäyttäytymisestä”, totesi McKenna lausunnossaan.

Lue koko tutkimus Nature Communicationsistä: ”Using 20-million-year-old amber to test the super-Arrhenius behavior of glass-forming systems.”

Top image: Vladimir Sazonov/.