Glas is voor wetenschappers nog altijd één groot mysterie
VideoOp school leren we dat materie zich in drie verschillende fases kan bevinden: gas, vloeibaar en vast. Glas is echter een uitzondering op de regel en past in geen enkele fase. Theoretisch natuurkundige Liesbeth Janssen (TU Eindhoven) legt in haar college bij de Universiteit van Nederland uit wat we tot nu toe over deze mysterieuze stof weten.
Delen per e-mail
Een bekend voorbeeld van een stof die alle drie de fases kent, is water. Op kamertemperatuur is water vloeibaar. Bij een temperatuur boven de honderd graden spreken we over een gas en wanneer water bevriest wordt het ijs en bevindt het zich in de vaste fase.
De verschillende fases van een stof zijn ook zichtbaar op atomair niveau. Atomen zijn de kleinste bouwstenen van het materiaal. Bij gas bevinden de atomen zich ver van elkaar en hebben daarom veel bewegingsruimte ,,In vloeistof zitten de atomen dichter op elkaar dan in gasvorm, maar kunnen evengoed nog vrij makkelijk bewegen. Dat is ook de reden dat een vloeistof makkelijk kan stromen”, legt Liesbeth Janssen uit. In een vaste stof, zitten de atomen zo dicht tegen elkaar dat ze niet meer kunnen bewegen; ze bevinden zich in een zogezegd kristalrooster.
Inzoomen
,,Als je glas vastpakt, merk je direct dat het een hard, vast materiaal is, net als ijs. Echter, als we glas op atomair niveau bekijken en als het ware gaan inzoomen, dan zien we iets heel vreemds.” We verwachten een kristalrooster, net als bij andere vaste stoffen. ,,Maar verrassend genoeg ziet de atomaire structuur van glas er net zo uit als die van een vloeistof.” Dat is dus iets anders dan je zou verwachten volgens de wetten van de natuurkunde.
Kooi-effect
Wat we zien is een vierde fase waarin een materiaal zich kan bevinden, de minder bekende ‘glasfase’. Glas heeft, ondanks zijn vloeistofachtige atomaire structuur een vaste vorm omdat de atomen veel minder beweeglijk zijn dan in een vloeistof. ,,In het glas zitten de atomen over het algemeen ietsjes dichter bij elkaar. Dat blijkt enorme consequenties te hebben voor de bewegingsvrijheid van de atomen.” Het atomaire verschil tussen een vloeistof en glas is er dus wel degelijk, maar is heel subtiel.
In glas zitten atomen in een kooi die is gemaakt van andere atomen, dit wordt ook wel het ‘kooi-effect’ genoemd. Een atoom kan dan alleen bewegen als een ander atoom dat ook doet. ,,Uiteindelijk staat alles dan helemaal stil.” Dit valt, volgens Janssen, te vergelijken met het wurmen van je lichaam door de menigte op een festival. ,,Als naast jouw buurvrouw allemaal mensen staan, en daarnaast ook, dan wordt het moeilijk om weg te komen want iedereen moet zich eerst verplaatsen.” Door dit principe is glas een harde stof.
Aan de hand van het ‘kooi-effect’ kunnen we deels verklaren waardoor een minimaal verschil in de atomaire structuur, de fases van stoffen toch anders kunnen zijn. Hoe het komt dat glas helemaal niet kan stromen, ondanks de vloeistof-achtige structuur van de atomen, is nog altijd een mysterie. Janssen noemt glas dan ook alles behalve glashelder.
*Dit is een wekelijkse bijdrage van de Universiteit van Nederland
Bekijk hieronder meer colleges van de Universiteit van Nederland:
Gratis onbeperkt toegang tot Showbytes? Dat kan!
Log in of maak een account aan en mis niks meer van de sterren.Lees Meer
-
Video
Hoe de NS voor hoofdpijn zorgt bij wiskundigen
Onverwachte storingen bij de NS zorgen soms voor totale chaos op het spoor. Hoe kan het dat een enkele storing zo’n grote invloed heeft op het gehele netwerk? Informaticus Arend Rensink (Universiteit Twente) maakt in zijn onderzoek naar het Nederlandse treinsysteem gebruik van de grafentheorie. Hoe die werkt, legt hij uit in zijn college bij de Universiteit van Nederland*. -
PREMIUMWetenschap
Haagse wiskundige is te lang onderschat: ‘Christiaan Huygens was groter dan Newton’
Christiaan Huygens (1629-1695) verdient volgens Hugh Aldersey-Williams aanzienlijk meer erkenning dan hem ten deel valt. ,,Hij is een van Nederlands belangrijkste, maar meest onderschatte wetenschappers’’, aldus de biograaf. -
Video
Dit is waarom je Nederland wél een demonstratieland mag noemen
Tekenen we tegenwoordig liever een online petitie vanuit onze luie stoel dan dat we met spandoeken de straat opgaan? Volgens Jacquelien van Stekelenburg, professor in sociale veranderingen & conflict aan de Vrije Universiteit Amsterdam, is dit absoluut niet aan de hand. Zij vertelt je in dit college bij de Universiteit van Nederland* hoe de aard van demonstreren is veranderd en waarom de ene demonstratie wel en de ander niet van de grond komt. -
PREMIUM
Wie was Alfred Nobel? Uitvinder had weinig geluk met vrouwen
De naam van de in 1896 overleden Alfred Nobel leeft voort in zijn prijzen. Maar wat bracht de steenrijke uitvinder van het dynamiet ertoe behalve wetenschappers ook strijders voor wereldvrede te belonen? -
Robbert Dijkgraaf over de rol van wetenschap in onzekere tijden: ‘Niet te snel een conclusie trekken’
Voor de negende keer wordt tijdens het Gala van de Wetenschap 2020 de Robbert Dijkgraaf essayprijs uitgereikt. Het thema is actueler dan ooit: de rol van wetenschap in wereldwijd onzekere tijden.
-
PREMIUMVideo
IJsberg A68 (twee keer zo groot als Luxemburg) bedreigt al het zeeleven
IJsberg A68 boezemt wetenschappers angst in. Zij willen weten hoeveel schade de enorme ijsmassa aanricht in cruciaal natuurgebied van de Zuidpool. -
PREMIUMINTERVIEW
Oud-RIVM-baas Coutinho: ‘Ik kon mijn ergernis over het vaccineren niet meer bedwingen’
Terwijl zijn opvolger Jaap van Dissel uitgroeide tot een bekende en soms beschimpte Nederlander, had Roel Coutinho dit jaar tijd om een boek over vaccinaties te schrijven. Hij deed zijn best om de publiciteit te mijden. ,,Maar soms kon ik het niet laten.” -
PREMIUMWAT ZEGT DE WETENSCHAP?
Je pijngrens verhogen? Zing, dans en kijk naar iets groens
Wie zijn teen aan een deurpost stoot, voelt een helse pijnscheut door zijn lichaam trekken. Het is prettig om te weten dat je die pijn zelf kunt beïnvloeden.