On klaas vedelik?

Keskaegsete Euroopa kirikute aknaklaasid on tihti alumisest otsast paksemad. Näib nagu  oleks klaas aja jooksul voolanud. Seetõttu on laialt levinud arusaam, et klaas on väga viskoosne vedelik, mille voolamist on võimalik täheldada alles pika aja möödudes. See seisukoht on mõnikord leidnud koha ka kooliõpikuis, kuid kas see on ka tegelikult nii?

Tegelikult ei saa klaasi pidada ei vedelikuks ega ka tahkiseks. Tegemist on tahke amorfse (kristallstruktuurita) ainega ehk omaduste poolest on ta midagi vedeliku ja tahkise vahepealset. Kuigi klaasi moodustavad aatomid võivad aja jooksul aeglaselt oma kohti muuta, ei saa sellega kuidagi seletada klaaside ebaühtlast paksust. Aatomite liikumine on kaugelt liiga aeglane, et mõnesaja aastaga selliseid muudatusi põhjustada, kirjutas Scientific American.

„Tahkised on korrastatud struktuuriga ehk kristallilised ained. Tahkisteks on näiteks sool ja suhkur,” selgitas keemiaprofessor Mark Ediger Wisconsini ülikoolist. „Vedelikel ja gaasidel sellist struktuuri ei ole. Klaas on küll oluliselt korrastatuma struktuuriga kui teised tavalisemad vedelikud, kuid kristallstruktuuri ehk suure ulatusega korduva ülesehitusega struktuuri tal pole. Selles seisnebki klaasi amorfsus,” lisas Ediger.

Kui sulaklaasi jahutatakse, siis erinevalt kristallstruktuuriga ainetest ei tahkestu ta kindlal temperatuuril. Jahutatud klaasi nimetatakse alajahutatud vedelikuks, selle edasisel jahtumisel saab temast tahke amorfne aine. Erinevalt vedelikest, kus aatomid saavad vabalt kohti vahetada, on klaasi osakesed fikseeritud ühele kohale, kust neil on väga raske ära liikuda.

„Kõikvõimalike praktiliste rakenduste jaoks, nagu vedelike hoidmiseks, kõlbab klaas hästi, mistõttu võime teda rahulikult tahkeks aineks lugeda,” ütles Ediger.

Klaas sarnaneb vedelikule selle poolest, et aatomid saavad pisut liikuda, kuid pigem toimub see kristallstruktuuri moodustumise suunas ning mitte gravitatsiooni tõttu. Kristallstruktuurita aineid nimetatakse metastabiilseiks, sest miljonite aastate jooksul korrastuvad nende ainete aatomid ümber nii, et moodustuks kristallstruktuur. Mida madalamal temperatuuril klaas on, seda väiksemad on aatomite võimalused liikumiseks.

Amorfsed ained on looduses küllaltki tavalised. Näiteks paljud mereloomad ehitavad oma toese opaalist, mis on hüdratiseeritud ränidioksiid ega oma kristallstruktuuri. Sadu miljoneid aastaid vanadest kivimitest sellist ainet aga enam ei leia, sest opaal on kristalliseerunud kvartsiks.

Mis iganes liikumisi klaas ka läbi ei teeks, kirikuklaaside paksenemist sellega seostada ei saa. Uuritud on veel palju vanemaidki klaase Egiptusest ja paljudel juhtudel pole mingit klaasi paksenemist märgata. Mõnikord on ka leitud klaase, mis on hoopis ülalt paksemad kui alt. Edigeri sõnul näitab modelleerimine, et klaasile peab voolamiseks andma aega rohkem kui kogu Universum on eksisteerinud, et muutusi oleks võimalik silmaga märgata.

Miks siis ikkagi on nii, et paljud vanad klaasid on alt paksemad? Klaaside ebaühtluse selgitab tol ajal kasutusel olnud tehnika – kõigepealt puhuti klaasist kerad, mis seejärel tasaseks plaadiks rulliti. Ilmselt ei juhtunud just liiga tihti, et töö oleks olnud nii korralik, et klaas oleks igalt poolt ühesuguse paksusega olnud. Klaase paigaldanud töölised eelistasid aga mingil põhjusel asetada allapoole just klaasi paksema osa. Võib-olla tundus neile nii ilusam või siis stabiilsem.

• Tweet