Vidre: ni cristall ni líquid

2008/09/14 Lakar Iraizoz, Oihane - Elhuyar Zientzia

• Fisika

El maneig i ús del vidre es coneix des de fa temps, però recentment han descobert com s'organitzen els seus components. (Foto: C. Rankin)

S'ha comprovat que els components del vidre formen poliedres (ikosaedros) de vint cares en refredar-se el vidre fos, i que l'aspecte d'aquests poliedres fa que l'estructura del vidre sigui la que conté.

Les persones que porten temps treballant en la física de la matèria han tingut una gran curiositat per l'estructura del vidre. De fet, veien que el vidre no es correspon amb cap de les condicions habituals dels altres materials, ja que el vidre no és sòlid, ni líquid, ni gas. En resum, podem dir que el vidre es troba en un estat intermedi entre sòlid i líquid.

Bé, sí, el vidre és sòlid, però no té les característiques que solen tenir els sòlids. Les substàncies en estat sòlid solen formar cristalls, és a dir, els components ocupen l'espai de forma ordenada i simètrica. En estat líquid, els components d'una determinada substància no tenen cap ordre, ja que no estan relacionats entre si.

El vidre té forma sòlida, per la qual cosa els seus components no es mouen però no adquireixen forma de cristall. D'alguna manera, els components del vidre són com a cotxes que estarien en una congestió constant, atrapats en un caos.

Molta feina per descobrir

El físic anglès Charles Frank va afirmar per primera vegada fa 50 anys que els components del vidre formen icosaedres. En la seva opinió, a aquests poliedres els resulta impossible cristal·litzar correctament, ja que pel seu aspecte no poden omplir l'espai de manera simètrica i ordenada.

Els components del vidre formen icosaedres en refredar-se el vidre fos, que pel seu aspecte no poden adoptar forma cristal·lina. (Imatge: G. Rosegui)

Dit sí, però no va poder demostrar en absolut el que s'ha dit. Ara els investigadors han pogut confirmar l'anunciat per Frank. No obstant això, no han vist de prop la solidificació del vidre.

Sabien que és impossible observar-ho amb les eines que tenen ara disponibles. Els microscopis (microscopis òptics) que permeten l'observació tridimensional del procés són incapaços de visualitzar els àtoms per separat, ja que són massa petits, mentre que en els microscopis que permeten visualitzar els àtoms és impossible observar imatges tridimensionals.

Per tant, van seguir un altre camí. En refredar-se el vidre fos es van utilitzar grups de molècules que sofreixen el mateix procés que els components del vidre: els col·loides. Els col·loides són partícules molt petites (petites però també visibles al microscopi òptic) que es troben en un fluid. Per exemple, la maionesa i la gelatina estan fetes de col·loides.

La maionesa està formada per partícules molt petites anomenades col·loides, que adquireixen forma d'icosaedre, igual que les molècules de vidre.

J. Terk

Els col·loides en estat líquid es van refredar i van observar el que ocorria. Van observar que els ikosaedros es van anar formant, i que com més es refreden més icosaedres hi havia, i que els ikosaedros formaven cada vegada més caos.

Els científics afirmen que aquest descobriment els ha obert una via per a crear nous materials. Per exemple, creuen que si segueixen aquest procediment amb els metalls podran crear “metal beirakarak’. Aquests metalls serien molt més flexibles que els metalls amb estructura cristal·lina i podrien emprar-se per a diversos usos, com les ales dels avions.

Els metalls actuals són més fràgils perquè estan formats per grànuls de cristall units entre si i, per descomptat, perquè separar les vores entre grans és més fàcil que trencar cristalls. Els metalls vitris, per part seva, no tindrien aquesta aresta.

Publicat en 7K.