Vidrio: ni cristal ni líquido

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

• Fisika

El manejo y uso del vidrio se conoce desde hace tiempo, pero recientemente han descubierto cómo se organizan sus componentes. (Foto: C. Rankin)

Se ha comprobado que los componentes del vidrio forman poliedros (ikosaedros) de veinte caras al enfriarse el vidrio fundido, y que el aspecto de estos poliedros hace que la estructura del vidrio sea la que contiene.

Las personas que llevan tiempo trabajando en la física de la materia han tenido una gran curiosidad por la estructura del vidrio. De hecho, veían que el vidrio no se corresponde con ninguna de las condiciones habituales de los demás materiales, ya que el vidrio no es sólido, ni líquido, ni gas. En resumen, podemos decir que el vidrio se encuentra en un estado intermedio entre sólido y líquido.

Bueno, sí, el vidrio es sólido, pero no tiene las características que suelen tener los sólidos. Las sustancias en estado sólido suelen formar cristales, es decir, los componentes ocupan el espacio de forma ordenada y simétrica. En estado líquido, los componentes de una determinada sustancia no tienen ningún orden, ya que no están relacionados entre sí.

El vidrio tiene forma sólida, por lo que sus componentes no se mueven pero no adquieren forma de cristal. De alguna manera, los componentes del vidrio son como coches que estarían en una congestión constante, atrapados en un caos.

Mucho trabajo por descubrir

El físico inglés Charles Frank afirmó por primera vez hace 50 años que los componentes del vidrio forman icosaedros. En su opinión, a estos poliedros les resulta imposible cristalizar correctamente, ya que por su aspecto no pueden llenar el espacio de forma simétrica y ordenada.

Los componentes del vidrio forman icosaedros al enfriarse el vidrio fundido, que por su aspecto no pueden adoptar forma cristalina. (Imagen: G. Roa)

Dicho sí, pero no pudo demostrar en absoluto lo dicho. Ahora los investigadores han podido confirmar lo anunciado por Frank. Sin embargo, no han visto de cerca la solidificación del vidrio.

Sabían que es imposible observarlo con las herramientas que tienen ahora disponibles. Los microscopios (microscopios ópticos) que permiten la observación tridimensional del proceso son incapaces de visualizar los átomos por separado, ya que son demasiado pequeños, mientras que en los microscopios que permiten visualizar los átomos es imposible observar imágenes tridimensionales.

Por lo tanto, siguieron otro camino. Al enfriarse el vidrio fundido se utilizaron grupos de moléculas que sufren el mismo proceso que los componentes del vidrio: los coloides. Los coloides son partículas muy pequeñas (pequeñas pero también visibles al microscopio óptico) que se encuentran en un fluido. Por ejemplo, la mayonesa y la gelatina están hechas de coloides.

La mayonesa está formada por partículas muy pequeñas llamadas coloides, que adquieren forma de icosaedro, al igual que las moléculas de vidrio.

J. Terk

Los coloides en estado líquido se enfriaron y observaron lo que ocurría. Observaron que los ikosaedros se fueron formando, y que cuanto más se enfrían más icosaedros había, y que los ikosaedros formaban cada vez más caos.

Los científicos afirman que este descubrimiento les ha abierto una vía para crear nuevos materiales. Por ejemplo, creen que si siguen este procedimiento con los metales podrán crear “metal beirakarak’. Estos metales serían mucho más flexibles que los metales con estructura cristalina y podrían emplearse para diversos usos, como las alas de los aviones.

Los metales actuales son más frágiles porque están formados por gránulos de cristal unidos entre sí y, por supuesto, porque separar los bordes entre granos es más fácil que romper cristales. Los metales vítreos, por su parte, no tendrían esta arista.

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