Il vetro è un liquido o un solido?

Una delle domande di fisica più persistenti popolari e associate alle leggende metropolitane è se il vetro è un liquido o un solido. La risposta di prim’ordine è che è un solido e non scorre, nemmeno nei secoli. L’idea che il vetro sia un liquido proviene da due fonti: che le finestre delle vecchie chiese sono più spesse nella parte inferiore che in quella superiore e un’errata lettura di un vecchio libro di fisica del fisico tedesco Gustav Tammann (1861-1938), che lo definì un “liquido congelato super raffreddato”. Il mito omette la parte “congelata”.

Un po’ più sottilmente, il vetro è un solido non convenzionale, noto come solido amorfo. Per la maggior parte delle sostanze liquide, il raffreddamento provoca la cristallizzazione e una transizione di primo ordine allo stato solido. Per i solidi amorfi, invece di cristallizzare e subire una transizione del primo ordine, la viscosità continua ad aumentare e non si verifica alcuna cristallizzazione. Questo è uno dei motivi per cui è trasparente: i materiali con disposizioni atomiche irregolari trasmettono meglio la luce. Sebbene esista una transizione del secondo ordine in cui le proprietà del materiale di un vetro cambiano quando si solidifica, questa non è così sostanziale come la transizione del primo ordine che si trova nella maggior parte degli altri composti.

Il vetro può avere una gamma di diverse proprietà del materiale a seconda della velocità con cui viene raffreddato e della presenza o assenza di impurità in tracce, che possono fornire nuclei attorno ai quali avviene la cristallizzazione. Questo è diverso dai solidi classici, che hanno le stesse proprietà del materiale di base, qualunque cosa accada. Il vetro è talvolta definito come un sistema non in un punto di equilibrio: tecnicamente, potrebbe cristallizzare in qualsiasi momento, e questo a volte si verifica in materiale con impurità. Solo un solido cristallino è considerato all’equilibrio.

Fondamentalmente, ciò a cui si riduce l’argomento è che “solido” e “liquido” sono semplicemente etichette idealistiche che le persone applicano a varie sostanze fisiche, anche se esiste un continuum di possibili disposizioni atomiche con proprietà che si mescolano tra i due. Ad esempio, un fluido non newtoniano sembra un liquido, ma sotto l’improvvisa applicazione di pressione diventa come un solido. Fondamentalmente, per comprendere veramente il mondo, le persone hanno bisogno di familiarizzare con i numerosi possibili stati della materia oltre la semplicistica approssimazione del primo ordine di “solido”, “liquido” e “gas”.