Is glas een vaste stof of een vloeistof? Deze vraag, waarover al tientallen jaren hevig wordt gedebatteerd door specialisten op dit gebied, is zojuist opnieuw beantwoord:"Glas is een niet-evenwicht, niet-kristallijne toestand van materie die op korte tijd vast lijkt, maar continu ontspant in de richting van de vloeibare toestand."

Een meer uitgebreide alternatieve definitie is deze:"Glas is een niet-evenwicht, niet-kristallijne gecondenseerde toestand van materie die een glasovergang vertoont. De structuur van glazen is vergelijkbaar met die van hun onderkoelde vloeistoffen (SCL), en ze ontspannen spontaan in de richting van de SCL-staat. Hun uiteindelijke lot, in de limiet van oneindige tijd, is om te kristalliseren."

"Er zijn verschillende definities van glas, maar de meeste bevatten ernstige fouten, " zei Edgar Dutra Zanotto, een van de auteurs van de nieuwe definitie. "Veel definities zeggen dat een glas een vaste stof is, en anderen zeggen dat het een isotroop materiaal is [waarvan de eigenschappen in alle richtingen hetzelfde zijn], maar veel glazen niet."

Samen met John C. Mauro, Hoogleraar Materials Science &Engineering aan de Penn State University in de VS, Zanotto publiceerde een artikel waarin hij stelt dat "de [glas]structuur heel anders is dan die van vaste stoffen. Glas ontspant continu en kristalliseert." Het artikel is gepubliceerd in de Journal of Non-Crystalline Solids .

De onderzoeker wijst erop dat al tientallen artikelen glas vanwege drie kenmerken buiten de categorie vaste stoffen hebben geplaatst. Een daarvan is dat de structuur van glas sterk lijkt op die van de vloeistoffen waaruit het is gevormd. Een andere is dat glas in de loop van de tijd spontaan vloeit (vervormt) als reactie op minimale druk, die kleiner kan zijn dan de werking van de zwaartekracht. Kristallijne vaste stoffen vervormen alleen als reactie op externe druk die omgekeerd evenredig is met de temperatuur. Hoe lager de temperatuur, hoe groter de druk die op een kristallijne vaste stof moet worden uitgeoefend om deze te vervormen, Zanotto legde het uit.

"Anderzijds, elke positieve druk of spanning die verschilt van nul is voldoende om een ​​glas bij elke temperatuur te laten vloeien, " zei hij. "De tijd die nodig is om te vervormen hangt voornamelijk af van de temperatuur en de chemische samenstelling. Als de temperatuur waaraan glas wordt onderworpen dicht bij nul Kelvin [absoluut nul] ligt, het zal oneindig lang duren om te vervormen, maar als het verwarmd is, het zal onmiddellijk beginnen te stromen."

Het derde kenmerk dat glas onderscheidt van een vaste stof is dat aan het einde van zijn bestaan, het kristalliseert uiteindelijk, overwegende dat een kristal, bijvoorbeeld, vloeit niet en kristalliseert niet omdat het al in vaste toestand is. Op basis van deze drie kenmerken Zanotto en Mauro stellen voor om glas te definiëren als een "bevroren vloeistof" - een materiaal met de structuur van een vloeistof die is bevroren zonder te kristalliseren door afkoeling tot een bepaalde temperatuur, bekend als de glasovergangstemperatuur.

"Het kostte ons veel tijd om deze concepten van vast en vloeibaar, kristal en niet-kristal, en bevroren, die in het artikel de betekenis heeft van een tijdelijke toestand, en om te komen tot de moderne verbeterde definitie van glas, ' zei Zanotto.

Verhit debat

Het initiatief om een ​​nieuwe definitie van glas voor te stellen ontstond toen Zanotto de Turner Memorial Lecture hield, getiteld "Glazen mythen en wonderen, " tijdens de Centenary Conference van de Society of Glass Technology (SGT) aan de Universiteit van Sheffield in het Verenigd Koninkrijk in september 2016. Zanotto is de eerste Braziliaan die is uitgenodigd om de lezing te geven.

Gehouden aan de universiteit sinds 1966, de Turner Memorial Lecture is gegeven door beroemdheden als Sir Harry Kroto (1939-2016), die in 1996 de Nobelprijs voor Scheikunde won voor de ontdekking van fullerenen (allotropen van koolstof ook bekend als koolstofnanobuisjes); Sir Alastair Pilkington (1920-1995), die het vlotterproces uitvond dat wereldwijd wordt gebruikt om plaatglas te maken; en Larry L. Hench (1938-2015), de uitvinder van bioglas.

Een van de vragen die Zanotto tijdens de lezing stelde, was precies of glas een vaste stof of een vloeistof is. De vraag leidde tot een verhit debat met verschillende wetenschappers in het publiek, en vooral Arun Varshneya, Emeritus hoogleraar Glass Science &Engineering aan de Alfred University in de Verenigde Staten, een bekende "glasgoeroe" en de auteur van een van de meest gelezen boeken over glas ter wereld.

Naar aanleiding van de discussie, Zanotto begon e-mails uit te wisselen met Varshneya en te schrijven wat de Journal of Non-Crystalline Solids artikel, om het idee te weerleggen dat glas een vaste stof is, zoals bepleit door de in India geboren Amerikaanse wetenschapper.