Sommigen beweren dat glas-in-loodramen in oude kerken aan de onderkant dikker zijn dan aan de bovenkant, omdat glas langzaam vloeit als een vloeistof. We weten al lang dat dit niet waar is; deze ramen zijn dikker aan de onderkant als gevolg van het productieproces. In de Middeleeuwen werd een klomp gesmolten glas gewalst, geëxpandeerd en geplet voordat het tot een schijf werd gedraaid en in ruiten gesneden. Deze ruiten waren dikker aan de randen en zo geplaatst dat de zwaarste kant onderaan lag.

Maar de mythe dat glas vloeit is in de loop der tijden blijven bestaan. Een deel van de reden is dat glas een onderkoelde viskeuze substantie is die werd verglaasd – een enorme verandering in fysische eigenschappen waarbij een eerste-orde faseovergang werd vermeden (in tegenstelling tot de standaard vaste/vloeibare/gas-toestand van materieovergangen).

Als een vloeistof afkoelt, kristalliseert het, waardoor de viscositeit (een maat voor de stromingsweerstand) toeneemt. Maar als glas afkoelt, blijft het steken in een vaste stof-achtige toestand zonder kristallisatie. In wezen neemt de viscositeit van een onderkoelde vloeistof toe totdat deze een amorfe vaste stof of glas wordt.

Onderzoekswetenschapper Robert Brill legt meer uit:

Zoals bij vloeistoffen het geval is, zijn de atomen waaruit een glas bestaat niet in een regelmatige volgorde gerangschikt – en dat is waar de analogie ontstaat. Vloeistoffen vloeien omdat er geen sterke krachten zijn die hun moleculen bijeenhouden. Hun moleculen kunnen vrij langs elkaar heen bewegen, zodat vloeistoffen kunnen worden ingeschonken, rondgespat en gemorst. Maar, in tegenstelling tot de moleculen in gewone vloeistoffen, worden de atomen in glas allemaal stevig bijeengehouden door sterke chemische bindingen. Het is alsof het glas één grote molecule is. Hierdoor zijn glazen star en kunnen ze niet stromen bij kamertemperatuur. De analogie gaat dus mank in het geval van vloeibaarheid en stroming.

Zo heeft glas, in deze funky staat van noch een vaste stof noch een vloeistof te zijn, sommigen ertoe gebracht aan te nemen dat het nog steeds potentieel in een staat van stroming verkeert.

Om dit idee eindelijk uit de wereld te helpen, analyseerden Jing Zhao, Sindee Simon, en Gregory McKenna een 20 miljoen jaar oud brok geconserveerd barnsteen. Zij gebruikten barnsteen – een organisch polymeer – omdat de dynamiek van glas blijft bestaan, ongeacht of het organisch of anorganisch is. Fossiel barnsteen biedt wetenschappers ook de mogelijkheid om glasvormende materialen te bestuderen die ver onder de typische glasovergangstemperaturen liggen; gezien de extreme leeftijd is het een ultrastabiele vorm van glas.

Credit: Texas Tech University.

Het team voerde een reeks calorimetrische en spanningsrelaxatie-experimenten uit op het Dominicaanse barnsteen. Zij maten de relaxatietijden (intermoleculaire herschikkingen) bij verschillende temperaturen, ook boven de fictieve temperatuur. Het team stelde vast dat de ontspanningstijden van barnsteen niet divergeerden – wat betekent dat het onmogelijk een soort vloeistof kon zijn.

“Dit resultaat daagt alle klassieke theorieën over glasovergangsgedrag uit,” merkte McKenna op via een verklaring.

Lees de volledige studie bij Nature Communications: “Using 20-million-year-old amber to test the super-Arrhenius behaviour of glass-forming systems.”

Top image: Vladimir Sazonov/.