Med hjälp av en 20 miljoner år gammal bärnstensklump har forskare en gång för alla bevisat att glas inte flyter.
Den här webbläsaren har inte stöd för videoelementet.
Vissa människor påstår att glasmålningar i gamla kyrkor är tjockare längst ner än längst upp, eftersom glas flyter långsamt som en vätska. Vi har vetat att detta inte är sant sedan länge; dessa fönster är tjockare i botten på grund av produktionsprocessen. På medeltiden rullades, expanderades och plattades en klump smält glas innan den snurrades till en skiva och klipptes till rutor. Dessa skivor var tjockare i kanterna och monterades så att den tyngre sidan fanns i botten.
Men myten om att glas flyter har levt kvar över tid. En del av orsaken är att glas är ett underkylt visköst ämne som förglasades – en massiv förändring av de fysiska egenskaperna där en fasövergång av första ordningen undveks (till skillnad från de vanliga övergångarna mellan fast/flytande/gas i materiens tillstånd).
Reklam
När en vätska svalnar kristalliseras den, vilket ökar dess viskositet (ett mått på dess motstånd mot flödet). Men när glas svalnar förblir det fast i ett fastliknande tillstånd utan kristallisering. I huvudsak ökar viskositeten hos en underkyld vätska tills den blir ett amorft fast ämne eller glas.
Forskaren Robert Brill förklarar mer:
Som i fallet med vätskor är de atomer som utgör ett glas inte ordnade i någon regelbunden ordning – och det är där som analogin uppstår. Vätskor flyter eftersom det inte finns några starka krafter som håller ihop deras molekyler. Deras molekyler kan röra sig fritt förbi varandra, så att vätskor kan hällas upp, stänkas runt och spillas. Men till skillnad från molekylerna i konventionella vätskor hålls atomerna i glasögon alla tätt samman av starka kemiska bindningar. Det är som om glaset vore en enda gigantisk molekyl. Detta gör glasen styva så att de inte kan flyta vid rumstemperaturer. Analogin misslyckas alltså när det gäller fluiditet och flöde.
Advertisering
Så glas, i detta märkliga tillstånd av att varken vara fast eller flytande, har fått en del att anta att det fortfarande potentiellt kan vara i ett tillstånd av flöde.
För att äntligen få slut på denna idé analyserade Jing Zhao, Sindee Simon och Gregory McKenna en 20 miljoner år gammal bit bevarad bärnsten. De använde bärnsten – en organisk polymer – eftersom glasets dynamik kvarstår oavsett om det är organiskt eller oorganiskt. Fossil bärnsten ger också forskarna möjlighet att studera glasbildande material långt under de typiska glasövergångstemperaturerna; med tanke på dess extrema ålder är det en ultrastabil form av glas.
Advertisering
Kredit: Texas Tech University.
Teamet utförde en rad kalorimetriska och spänningsrelaxationsexperiment på bärnstenen från Dominikan. De mätte dess relaxationstider (intermolekylära omarrangemang) vid olika temperaturer, inklusive över dess fiktiva temperatur. Teamet observerade att bärnstens relaxationstider inte skiljde sig åt – vilket innebär att det omöjligen kunde vara ett slags vätska.
Advertisering
”Det här resultatet utmanar alla klassiska teorier om glasövergångsbeteende”, konstaterade McKenna genom ett uttalande.
Läs hela studien på Nature Communications: ”Using 20-million-year-old amber to test the super-Arrhenius behaviour of glass-forming systems.”
Vänlighet
Top image: Vladimir Sazonov/.
Advertisement