Είναι το γυαλί στερεό ή υγρό;

Το γυαλί είναι ένα υλικό που αποτελείται από άτομα που δεν είναι τόσο σφιχτά συσκευασμένα όσο τα άτομα ενός στερεού κρυστάλλου. Όταν το γυαλί κατασκευάζεται για πρώτη φορά, είναι σε υγρή κατάσταση, αλλά καθώς κρυώνει, τα άτομα επιβραδύνονται και γίνονται πιο ακίνητα. Το γυαλί δεν μπορεί να ονομαστεί υγρό επειδή δεν ρέει τόσο πολύ όσο ένα υγρό, αλλά δεν μπορεί επίσης να ονομαστεί στερεό επειδή δεν είναι τόσο σφιχτά συσκευασμένο όσο ένας στερεός κρύσταλλος.

"Είναι αρκετά απλό, έτσι δεν είναι; Το γυαλί είναι προφανώς στερεό. "

Αυτό πιθανώς σκέφτονται πολλοί άνθρωποι μετά την ανάγνωση αυτού του τίτλου. αλλά το γεγονός ότι βρίσκεστε εδώ και πραγματικά διαβάζετε την ανάρτηση δείχνει ότι πρέπει να υπάρχει τουλάχιστον μια μικρή αμφιβολία στο μυαλό σας σχετικά με αυτό.

Λοιπόν, ποια είναι η σύγχυση εδώ; Το πιο σημαντικό, θα έπρεπε να υπάρχει κάποια σύγχυση σχετικά με ένα τόσο προφανές γεγονός;

Το γεγονός ότι το γυαλί είναι ένα στερεό μπορεί να φαίνεται αρκετά προφανές σε πολλούς, αλλά δεν είναι τόσο «σαφές» σε όλους – όχι στους επιστήμονες που το μελετούν, τουλάχιστον.

Είναι το γυαλί υγρό;

Η ιδέα ότι «το γυαλί είναι υγρό» έχει στην πραγματικότητα κάποια λογική βάση. Η ιδέα πηγάζει από ένα πολύ παράξενο αλλά συναρπαστικό φαινόμενο που μπορεί να παρατηρηθεί σε αρχαίους καθεδρικούς ναούς και σε πολλά άλλα παλιά κτίρια. Τα τζάμια των παραθύρων σε τέτοια κτίρια φαίνονται κάπως περίεργα. είναι πιο χοντρά στο κάτω μέρος από ότι στο πάνω μέρος. Δίνει την εντύπωση ότι το γυαλί είναι στην πραγματικότητα ένα υγρό, γι' αυτό και έχει «ρέει» προς τον πυθμένα λόγω των επιπτώσεων της βαρύτητας.

Τα παράθυρα στους αρχαίους καθεδρικούς ναούς έχουν συνήθως πιο χοντρές βάσεις, δίνοντας την εντύπωση ότι το γυαλί λιώνει σε μια χρονική περίοδο

Είτε αυτό είναι επιστημονικά ακριβές είτε όχι, σίγουρα υπάρχει κάποια λογική πίσω από την υπόθεση. Ωστόσο, η περίεργη εμφάνιση του γυαλιού δεν είναι αρκετή απόδειξη ότι το γυαλί είναι υγρό.

Λοιπόν, είναι στερεό το γυαλί;

Για να απαντήσετε σε αυτό, είναι σημαντικό να γνωρίζετε τι χαρακτηρίζει κάτι ως σταθερό και τι όχι.

Τι κάνει ένα στερεό "στερεό";

Κοίτα γύρω σου. Πρέπει να υπάρχουν τουλάχιστον εκατό στερεά αντικείμενα με τη μία ή την άλλη μορφή. Στυλό, καρέκλα, ντουλάπι, τηγάνι, υπολογιστής, μυρμήγκια… αυτή η λίστα θα μπορούσε να συνεχιστεί για πάντα, καθώς υπάρχουν αμέτρητα στερεά αντικείμενα που συνήθως μας περιβάλλουν σε «τυποποιημένες» περιβαλλοντικές συνθήκες.

Αυτά τα πράγματα μπορεί να φαίνονται διαφορετικά λόγω των διαφορετικών σχημάτων και μεγεθών τους, αλλά σε ατομικό επίπεδο, όλα έχουν την ίδια βασική δομή. Τα στερεά είναι εξαιρετικά συμπαγή και οργανωμένα και έχουν κρυσταλλική δομή σε μικροσκοπικό επίπεδο.

Κρυσταλλική δομή στερεού

Περιέχουν εκατομμύρια μικροσκοπικά σωματίδια (γνωστά ως άτομα) παρατεταγμένα με πειθαρχημένο τρόπο. Η εγγύτητα και η στεγανότητα της διάταξης των ατόμων δίνει στα στερεά τη δύναμη και την ικανότητά τους να παραμένουν σε ένα συγκεκριμένο, ασυμπίεστο σχήμα. Αυτός είναι ο λόγος που χρειάζεται τόση δύναμη και πίεση για να σπάσει, να μορφοποιηθεί και να συμπιεστεί στερεά αντικείμενα.

Ενώ η ατομική δομή του γυαλιού είναι πιο οργανωμένη και ομοιόμορφη από τα υγρά, η σειρά του δεν είναι ακόμα αρκετά άκαμπτη ώστε να θεωρείται στερεό αντικείμενο.

Λοιπόν, τι είναι το γυαλί;

Το γυαλί δεν είναι ούτε υγρό ούτε στερεό. η διάκριση μεταξύ των δύο δεν είναι σαφώς καθορισμένη σε αυτή την περίπτωση. Το γυαλί είναι ένα άμορφο στερεό – κατάσταση που βρίσκεται μεταξύ στερεού και υγρού. Τώρα, ας δούμε γιατί συμβαίνει αυτό.

Διαφορά σε μια διατεταγμένη κρυσταλλική δομή και την άμορφη δομή του γυαλιού (Πηγή εικόνας:www.twi-global.com)

Το υλικό (που συχνά περιέχει πυρίτιο) που χρησιμοποιείται για την κατασκευή του γυαλιού ψύχεται γρήγορα από την υγρή του κατάσταση, αλλά δεν παίρνει στερεό σχήμα όταν συνεχίζει να κρυώνει κάτω από το σημείο τήξης του. Σε αυτό το σημείο, το υλικό λέγεται ότι είναι ένα «υπερψυγμένο υγρό» - μια ενδιάμεση κατάσταση της ύλης που βρίσκεται μεταξύ στερεού και υγρού. Όταν το υλικό ψύχεται ακόμη περισσότερο (κάτω από τη θερμοκρασία μετάπτωσης γυαλιού), αρχίζει να γίνεται άμορφο στερεό. Μετά από αυτό το σημείο, η κίνηση των ατόμων μέσα στο υλικό γίνεται τόσο αργή που σχεδόν στάσιμο.

Με αυτόν τον τρόπο, αν και τα άτομα δεν έχουν μια δομή τόσο οργανωμένη και καλά συσκευασμένη όσο ένας κρύσταλλος, εξακολουθούν να έχουν καλύτερη οργάνωση από τα άτομα ενός υγρού. Γι' αυτό το γυαλί δεν μπορεί να θεωρηθεί υγρό, αλλά ούτε και παραδοσιακό στερεό.

Επειδή αυτά τα άτομα δεν είναι τόσο σφιχτά συσκευασμένα όσο τα άτομα ενός στερεού κρυστάλλου, ρέουν, αν και πολύ αργά. Ωστόσο, για μεγάλο χρονικό διάστημα (αρκετό για να ονομαστεί «αρχαίο» το εν λόγω πράγμα), τα άτομα που αποτελούν το γυαλί εγκαθίστανται σε έναν πιο σταθερό, κρυσταλλικό σχηματισμό. Κατά συνέπεια, το γυαλί γίνεται πιο συμπαγές.

Όπως το κρασί μεγαλώνει καλύτερα με την ηλικία, το ποτήρι γίνεται πιο «στερεό» με τα χρόνια

Ωστόσο, αυτή η συμπεριφορά των μορίων γυαλιού εξακολουθεί να μην εξηγεί τις παχύτερες βάσεις των αρχαίων γυάλινων παραθύρων. Στην πραγματικότητα, ακόμα δεν γνωρίζουμε γιατί συμβαίνει αυτό. Υπάρχουν ορισμένες υποθέσεις, οι περισσότερες από τις οποίες έχουν να κάνουν με το πώς κατασκευάζονταν τα γυάλινα παράθυρα πριν από εκατοντάδες χρόνια.

Υπάρχουν τόσα πολλά πράγματα που πιστεύουμε ότι καταλαβαίνουμε τέλεια και τα βρίσκουμε τόσο γελοία προφανή, αλλά συχνά χρειάζεται μια αίσθηση περιέργειας και έντονης παρατήρησης για να αποκαλυφθούν οι αλήθειες που κρύβονται σε κοινή θέα.