Thuỷ tinh rắn hay lỏng?

Tấm kính rắn chắc trông giống như đã bị tan chảy. Đây là bằng chứng, như lời hướng dẫn viên du lịch, tin đồn trên mạng và thậm chí là các giáo viên hóa học ở trường trung học, rằng kính thực sự là chất lỏng. Và, bởi vì rất cứng nên nó phải là chất lỏng siêu lạnh.

Dù vậy, theo chuyên trang khoa học Scientific American, thuỷ tinh thực sự không phải là một chất lỏng – siêu lạnh hay không – cũng không phải một chất rắn. Nó là một trạng thái rắn vô định hình – một trạng thái nào đó giữa hai trạng thái vật chất rắn và lỏng. Nhưng các tính chất lỏng của thủy tinh cũng không đủ để giải thích các cửa sổ có phần kính đáy dày hơn, bởi vì các nguyên tử thủy tinh di chuyển quá chậm để những thay đổi có thể nhìn thấy được.
​

Chất rắn là những cấu trúc có tính kết tinh cao. Mark Ediger, giáo sư hóa học của Đại học Wisconsin, Madison, giải thích: Chúng bao gồm các tinh thể, như đường và muối, với hàng triệu nguyên tử xếp hàng liên tiếp. Các chất lỏng và thuỷ tinh không có thứ tự đó. Mặc dù được kết tinh hơn chất lỏng, nhưng kính không đạt được thứ tự cứng nhắc của tinh thể. Giáo sư Ediger nói: “(Chất rắn) vô định hình có nghĩa là nó không có cấu trúc tinh thể, không có dạng hình học xác định”.

Khi sản xuất thuỷ tinh, vật liệu (thường có chứa silic) được làm lạnh nhanh chóng từ trạng thái lỏng nhưng không đông đặc lại khi nhiệt độ giảm xuống dưới điểm nóng chảy của nó. Ở giai đoạn này, vật liệu là chất lỏng siêu lạnh – trạng thái trung gian giữa chất lỏng và thủy tinh. Để trở thành một chất rắn vô định hình, vật liệu được làm mát thêm, dưới nhiệt độ chuyển đổi thủy tinh. Quá thời điểm này, sự chuyển động phân tử của các nguyên tử của vật liệu đã chậm lại gần một điểm dừng và vật liệu bây giờ là một cái ly. Cấu trúc mới này không được sắp đặt như một viên pha lê vì nó không bị đóng băng, nhưng nó được sắp đặt cao hơn là chất lỏng. Đối với mục đích thực tế, chẳng hạn như đựng đồ uống, giáo sư Ediger cho biết thủy tinh giống như một chất rắn mặc dù chỉ là chất rắn không được định hình.

Giống như chất lỏng, những chất rắn vô định hình này có thể chảy, mặc dù rất chậm. Theo giáo sư Ediger giải thích, trải qua một thời gian dài, các phân tử tự tạo thuỷ tinh tự dịch chuyển để ổn định thành một hình dạng ổn định hơn, giống tinh thể hơn. Thủy tinh càng gần nhiệt độ chuyển đổi của nó, nó càng dịch chuyển; Càng dịch chuyển xa hơn điểm chuyển đổi đó, các phân tử càng di chuyển chậm hơn và có vẻ như rắn hơn.

Dù vậy, bất kể thủy tinh chảy như thế nào thì điều này vẫn không lý giải tại sao một số cửa sổ cổ có phần ở dưới dày hơn. Các loại kính khác thậm chí lâu đời hơn cũng không có cùng trạng thái trông như bị nóng chảy như vậy. Theo ông Robert Brill, nhà nghiên cứu kính cổ ở Corning Museum of Glass ở Corning, New York, thực tế, kính trên các tàu Ai Cập cổ đại không bị chùng xuống như thế. Hơn nữa, kính trong nhà thờ không chảy vì nó ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ chuyển đổi thuỷ tinh đến hàng trăm độ. Một mô hình toán học cho chúng ta thấy sẽ mất nhiều thời gian hơn so với vũ trụ đã tồn tại để kính với nhiệt độ trong nhà sắp xếp lại chính nó để trông như tan chảy.

Tại sao kính cổ châu Âu dày hơn ở phần dưới có thể phụ thuộc vào cách thủy tinh được tạo ra. Vào thời điểm đó, những người thổi thủy tinh đã tạo ra các bình thủy tinh sau đó được làm phẳng để làm các tấm kính. Các sản phẩm có thể không bao giờ được phẳng thống nhất và công nhân – vì lý do này hay cách khác – đã lắp đặt phần dày hơn ở phía dưới. Điều này khiến các tấm cửa sổ trông như bị chảy, nhưng không có nghĩa thuỷ tinh là chất lỏng thực sự.
​

Theo VnReview​