Badając kulę 20-milionowego bursztynu, naukowcy udowodnili raz na zawsze, że szkło nie płynie.
Ta przeglądarka nie obsługuje elementu wideo.
Niektórzy twierdzą, że witraże w starych kościołach są grubsze na dole niż na górze, ponieważ szkło płynie powoli jak ciecz. Od dłuższego czasu wiemy, że to nieprawda; okna te są grubsze na dole ze względu na proces produkcji. W czasach średniowiecza bryła roztopionego szkła była walcowana, rozszerzana i spłaszczana, a następnie przekształcana w dysk i cięta na tafle. Te arkusze były grubsze wokół krawędzi i zainstalowane tak, że cięższa strona była na dole.
Ale mit, że szkło płynie utrzymywał się przez długi czas. Częściowym powodem jest to, że szkło jest superchłodzoną lepką substancją, która została zeszklona – ogromna zmiana właściwości fizycznych, w której uniknięto przejścia fazowego pierwszego rzędu (w przeciwieństwie do standardowych przejść w stanie materii ciało stałe/ciecz/gaz).
Reklama
Gdy ciecz stygnie, krystalizuje się, co zwiększa jej lepkość (miarę oporu przy płynięciu). Ale kiedy szkło stygnie, pozostaje zatrzymane w stanie stałym bez krystalizacji. Zasadniczo lepkość przechłodzonej cieczy wzrasta, aż staje się ona amorficznym ciałem stałym lub szkłem.
Badacz Robert Brill wyjaśnia więcej:
Tak jak w przypadku cieczy, atomy tworzące szkło nie są ułożone w żadnym regularnym porządku – i tu właśnie pojawia się analogia. Ciecze płyną, ponieważ nie ma silnych sił trzymających ich cząsteczki razem. Ich cząsteczki mogą się swobodnie przemieszczać między sobą, dzięki czemu ciecze można nalewać, rozpryskiwać i rozlewać. Jednak w przeciwieństwie do molekuł w zwykłych cieczach, atomy w szkle są mocno związane ze sobą silnymi wiązaniami chemicznymi. To tak, jakby szkło było jedną wielką molekułą. To sprawia, że szkła są sztywne i nie mogą płynąć w temperaturze pokojowej. Tak więc analogia zawodzi w przypadku płynności i przepływu.
Reklama
Więc szkło, w tym dziwacznym stanie, w którym nie jest ani ciałem stałym, ani cieczą, doprowadziło niektórych do założenia, że nadal jest potencjalnie w stanie przepływu.
Aby ostatecznie położyć kres tym przypuszczeniom, Jing Zhao, Sindee Simon i Gregory McKenna przeanalizowali liczący 20 milionów lat kawałek zakonserwowanego bursztynu. Użyli bursztynu – organicznego polimeru – ponieważ dynamika szkła utrzymuje się niezależnie od tego, czy jest ono organiczne czy nieorganiczne. Kopalny bursztyn daje również naukowcom możliwość badania materiałów szkłotwórczych znacznie poniżej typowych temperatur zeszklenia; biorąc pod uwagę jego ekstremalny wiek, jest to ultra-stabilna forma szkła.
Reklama
Credit: Texas Tech University.
Zespół wykonał serię eksperymentów kalorymetrycznych i relaksacji naprężeń na dominikańskim bursztynie. Zmierzyli jego czasy relaksacji (międzycząsteczkowe rearanżacje) w różnych temperaturach, w tym powyżej jego fikcyjnej temperatury. Zespół zaobserwował, że czasy relaksacji bursztynu nie rozbiegały się – co oznacza, że nie mógł on być rodzajem płynu.
Reklama
„Ten wynik rzuca wyzwanie wszystkim klasycznym teoriom zachowania w stanie zeszklenia”, zauważył McKenna w oświadczeniu.
Przeczytaj całe badanie w Nature Communications: „Using 20-million-year-old amber to test the super-Arrhenius behaviour of glass-forming systems.”
Reklama
Top image: Vladimir Sazonov/.
Uwaga
.