Il mito del “vetro è un liquido” è stato finalmente distrutto

Studiando un globo di ambra di 20 milioni di anni, gli scienziati hanno dimostrato una volta per tutte che il vetro non scorre.

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Alcuni sostengono che le vetrate delle vecchie chiese sono più spesse in basso che in alto perché il vetro scorre lentamente come un liquido. Sappiamo che questo non è vero da un bel po’ di tempo; queste vetrate sono più spesse in basso a causa del processo di produzione. Durante il Medioevo, un blocco di vetro fuso veniva arrotolato, espanso e appiattito prima di essere filato in un disco e tagliato in lastre. Queste lastre erano più spesse intorno ai bordi e installate in modo che il lato più pesante fosse in basso.

Ma il mito che il vetro scorre è persistito nel tempo. Parte della ragione è che il vetro è una sostanza viscosa super-raffreddata che è stata vetrificata – un cambiamento massiccio nelle proprietà fisiche in cui una transizione di fase di primo ordine è stata evitata (a differenza delle transizioni standard stato solido/liquido/gas della materia).

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Quando un liquido si raffredda, cristallizza, il che aumenta la sua viscosità (una misura della sua resistenza al flusso). Ma quando il vetro si raffredda, rimane bloccato in uno stato solido senza cristallizzazione. Essenzialmente, la viscosità del liquido superraffreddato aumenta fino a diventare un solido amorfo o vetro.

Il ricercatore Robert Brill spiega meglio:

Come nel caso dei liquidi, gli atomi che compongono un vetro non sono disposti in un ordine regolare – e qui nasce l’analogia. I liquidi scorrono perché non ci sono forze forti che tengono insieme le loro molecole. Le loro molecole possono muoversi liberamente l’una sull’altra, così che i liquidi possono essere versati, spruzzati e rovesciati. Ma, a differenza delle molecole dei liquidi convenzionali, gli atomi dei bicchieri sono tenuti insieme strettamente da forti legami chimici. È come se il vetro fosse una molecola gigante. Questo rende i vetri rigidi e quindi non possono scorrere a temperatura ambiente. Quindi, l’analogia fallisce nel caso della fluidità e del flusso.

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Così il vetro, in questo strano stato di non essere né solido né liquido, ha portato alcuni a supporre che sia ancora potenzialmente in uno stato di flusso.

Per mettere finalmente a tacere questa idea, Jing Zhao, Sindee Simon e Gregory McKenna hanno analizzato un pezzo di ambra conservato da 20 milioni di anni. Hanno usato l’ambra – un polimero organico – perché la dinamica del vetro persiste indipendentemente dal fatto che sia organico o inorganico. L’ambra fossile offre anche l’opportunità agli scienziati di studiare i materiali che formano il vetro molto al di sotto delle tipiche temperature di transizione vetrosa; data la sua età estrema, è una forma ultra-stabile di vetro.

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Credito: Texas Tech University.

Il team ha eseguito una serie di esperimenti calorimetrici e di rilassamento dello stress sull’ambra dominicana. Hanno misurato i suoi tempi di rilassamento (riarrangiamenti intermolecolari) a varie temperature, anche al di sopra della sua temperatura fittizia. Il team ha osservato che i tempi di rilassamento dell’ambra non divergevano – il che significa che non poteva essere una specie di fluido.

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“Questo risultato sfida tutte le teorie classiche del comportamento della transizione vetrosa”, ha notato McKenna attraverso una dichiarazione.

Leggi l’intero studio su Nature Communications: “Using 20-million-year-old amber to test the super-Arrhenius behaviour of glass-forming systems.”

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Immagine in alto: Vladimir Sazonov/.

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