Zachte bolletjes kunnen hard glas het beste nabootsen

Glas is slecht begrepen. Het ontstaat als een (glasvormende) vloeistof langzaam stolt. In glas rangschikken de atomen of moleculen zich dan niet in een geordende structuur, zoals in kristallen. Ze blijven, zoals eerder in de vloeistof, kriskras door elkaar zitten. In feite blijft glas stromen – zelfs in de ruiten in onze huizen. Alleen zo verschrikkelijk langzaam dat het in de loop van een mensenleven niet merkbaar is. Zweedse en Amerikaanse hebben nu eindelijk dat gedrag kunnen nabootsen in een modelvloeistof (Nature, 5 november 2009).

Om een glasvormende vloeistof na te bootsen gebruikte het team een ‘colloidale oplossing’ – een vloeistof met daarin bolletjes met een diameter kleiner dan die van een haar. Doordat ze zo minuscuul zijn, zakken die bolletjes niet naar de bodem. En door de botsingen met de vloeistofmoleculen maken ze willekeurige bewegingen, Brownse bewegingen genoemd. Die zijn te vergelijken met de kriskrasbeweging van atomen of moleculen in glasachtige materialen, maar veel gemakkelijker te bestuderen omdat de bolletjes onder een microscoop zichtbaar zijn. Melk, waarin vetbolletjes (de colloïden) door wei (de oplossing) zweven is een goed voorbeeld van zo’n colloïdale oplossing.

Door steeds meer bolletjes toe te voegen, wordt zo’n oplossing almaar stroperiger totdat hij, als het aandeel van de bolletjes ongeveer 58 procent is, plotseling stolt. Dat is vergelijkbaar met het gedrag van sommige glasachtige materialen – die ook plotseling stollen of smelten. Maar het glas in onze ruiten smelt en stolt juist traag – en ontleent daaraan zijn kracht. Dat het zo geleidelijk stolt geeft glasblazers bovendien de tijd het kunstig te vervormen.

Het team heeft nu eindelijk ook deze eigenschappen kunnen nabootsten: door de bolletjes in de oplossing zacht te maken. Dicht op elkaar gepakt vervormden ze zelfs tot kubusjes. Wat dat voor de theorie van glas betekent is nog niet helder. Maar het biedt een nieuwe kans om het lastige glas beter te begrijpen.

Margriet van der Heijden