Γυαλί: Στερεό ή Υγρό

Ένα από τα μεγαλύτερα επιστημονικά αινίγματα, η λύση του οποίου είναι αντάξια με Νόμπελ, αφορά την φύση του γυαλιού. Είναι, λοιπόν, στερεό ή υγρό το γυαλί;

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Ακούμε γύρω μας το επιχείρημα ότι το γυαλί είναι υγρό, με χαρακτηριστικό παράδειγμα τα βιτρό στις μεσαιωνικές εκκλησίες. «Τα βιτρό στις εκκλησίες του μεσαίωνα είναι πιο παχιά στο κάτω μέρος τους, γιατί το γυαλί είναι υγρό που κινείται πολύ αργά και δεν σταματά να ρέει προς τα κάτω με το πέρασμα των αιώνων.» Αυτό το επιχείρημα είναι λανθασμένο, καθώς στην πραγματικότητα οι δημιουργοί των βιτρό, απλώς, δεν μπορούσαν να τα κατασκευάσουν με το ίδιο πάχος σε όλα τα σημεία, και επέλεγαν να τοποθετούν το παχύτερο μέρος στην βάση, για να είναι λιγότερο εύθραυστα.

Ωστόσο, τα τελευταία χρόνια, η επιστημονική κοινότητα έχει διχαστεί σε δύο κατηγορίες: τους επιστήμονες που θεωρούν το γυαλί στερεό, και τους επιστήμονες που το θεωρούν υγρό. Αυτό συμβαίνει, διότι αν και το γυαλί συμπεριφέρεται ως στερεό, έχει πολλά χαρακτηριστικά υγρού. Για τον λόγο αυτό, πολλοί επιστήμονες έχουν χαρακτηρίσει αυτή την κατάσταση ως μια νέα κατάσταση της ύλης! Το γυαλί έχει 3 σημαντικά και αξιοπερίεργα χαρακτηριστικά:

1ο χαρακτηριστικό

Κατά κανόνα, όταν ένα υλικό μεταβαίνει από υγρή σε στερεά κατάσταση, τα μόριά του συντάσσονται κατά συγκεκριμένο τρόπο, ώστε να δημιουργούν μια κρυσταλλική δομή.

Στην περίπτωση του γυαλιού, τα μόρια «παγώνουν» σε μια θέση, πριν λάβει θέση η κρυσταλλοποίηση.

Καθώς το γυαλί ψύχεται, τα μόριά του δεν μειώνουν ταχύτητα σε συμφωνία μεταξύ τους, όπως συμβαίνει στα άλλα υγρά. Κάποιες περιοχές στερεοποιούνται πρώτα, ενώ σε άλλες τα μόρια συνεχίζουν να κινούνται χωρίς σχέδιο, σαν υγρό. Ακόμα πιο περίεργο, όμως, είναι ότι από πλευράς εμφάνισης, οι περιοχές δεν διαφέρουν μεταξύ τους.

Σε έρευνα στο Πανεπιστήμιο της Κωστάνας ανακάλυψαν μια νέα κατάσταση ύλης, το υγρό γυαλί: μεμονωμένα σωματίδια μπορούν να κινούνται, αλλά δεν μπορούν να περιστρέφονται.

Επίσης, ο Πίτερ Χάροουελ, καθηγητής χημείας στο πανεπιστήμιο Σίδνεϊ, δήλωσε ότι το γυαλί είναι το πιο χοντρό και το πιο κολλώδες υγρό, αλλά ταυτόχρονα το πιο ακατάστατο και αδόμητο στερεό, όσον αφορά τη διάταξη των μορίων του.

Όταν ένα υγρό ψύχεται (π.χ. νερό), γίνεται ένα συμβατικό στερεό (πάγος), όπου τα μόρια μπαίνουν στη σειρά, σχηματίζοντας ένα κρυσταλλικό μοντέλο. Στο γυαλί δεν υπάρχει πουθενά αυτή η δομή. Τα μόρια κινούνται ολοένα και πιο αργά, μέχρι που μένουν ακίνητα, παγιδευμένα ανάμεσα σε κατάσταση υγρού και στερεού.

2ο χαρακτηριστικό

Το γυαλί διαφέρει και σε κάτι ακόμα. Στην περίπτωση του νερού, όπως και των άλλων υγρών, χρειάζεται ενέργεια, η λεγόμενη άδηλη θερμότητα, για να μεταφερθούν τα μόριά του στην κατάσταση του πάγου. Αυτό δεν συμβαίνει στο γυαλί.

3ο χαρακτηριστικό

Το πιο περίεργο χαρακτηριστικό του γυαλιού, όμως είναι ότι η μετάβαση του γυαλιού από υγρό σε στερεό δεν συμβαίνει σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία. Μάλιστα, όσο χαμηλότερη η θερμοκρασία του περιβάλλοντος, τόσο πιο αργά ψύχεται, και η τελική δομή του εξαρτάται από το πόσο αργά ψύχεται. Αντίθετα, το νερό, είτε ψύχεται αργά είτε γρήγορα, κρυσταλλώνει στην ίδια δομή πάγου στους 0οC.

Συμπέρασμα

Το γυαλί φαίνεται να είναι άμορφο, σαν υγρό, αλλά συμπεριφέρεται και χρησιμοποιείται ως στερεό. Είναι πιθανό τα άτομα του γυαλιού να συνεχίζουν να κινούνται σαν να είναι υγρό, και μετά την «στερεοποίησή» του, απλώς υπερβολικά αργά. Σύμφωνα με μια εκτίμηση, θα χρειαζόταν περισσότερος χρόνος από τη ηλικία του σύμπαντος, για να μετατραπούν τα βιτρό σε «λιμνάζοντα υγρά» στο πάτωμα των εκκλησιών.