Prof. Dr. Philipse: De schoonmaak van een vaste vloeistof

Professioneel Schoonmaken 4, 2011

Wie de ramen lapt met een zeepoplossing, zal er vermoedelijk niet aan twijfelen dat vensterglas een vaste stof is, en dat de emmer een vloeistof bevat. Maar wie ooit een glasblazer aan het werk heeft gezien, weet dat glas bij hoge temperatuur een vloeistof is waarmee allerlei vormen worden geblazen.

Bij afkoelen wordt glas steeds stroperiger totdat glas kennelijk een vaste stof is geworden. Waar begint de vaste stof en houdt de vloeistof op?

Vloeibaar glas

Zand bestaat voornamelijk uit siliciumdioxide (SiO2) en dat is de belangrijkste grondstof voor de fabricage van glas. Zand smelt pas bij een temperatuur van circa 1700 graden Celsius en omdat met deze hoge temperatuur moeilijk te werken valt, wordt het smeltpunt verlaagd door het toevoegen van soda (natrium carbonaat).

In gesmolten, vloeibaar glas zitten de SiO2-moleculen kris kras door elkaar. Dat is typisch voor vloeistoffen: ook in water bewegen de moleculen wanordelijk door elkaar. Enkel als het water bevriest, rangschikken de water moleculen zich keurig in het gelid tot de kristalstructuur van ijs. Maar bij het koelen van gesmolten glas gebeurt iets anders: de afkoelende vloeistof wordt zo stroperig dat de SiO2-moleculen nauwelijks meer kunnen bewegen waardoor ze niet instaat zijn om zich te ordenen tot een kristal.

In een glazen ruit is dus de wanordelijke verdeling van SiO2-moleculen uit de vloeistof toestand bewaard gebleven. In dit opzicht is vensterglas een vloeistof, maar in een ander opzicht ook weer niet: glas is bros en met een tik van een hamer sla je een ruit aan diggelen. Dat is weer typisch iets voor een vaste stof.

Moleculen

Glas heeft dus eigenschappen van zowel een vloeistof als een vaste stof. Welke eigenschap zich manifesteert, hangt af van de snelheid waarmee we het glas bewerken, ten opzichte van de snelheid waarmee moleculen kunnen reageren. Een hamer tik is kort, en daar kunnen de trage SiO2-moleculen in glas zich niet op instellen: het glas gedraagt zich als een vaste stof en breekt.

Om glas als een vloeistof onder zijn eigen gewicht te zien vloeien moet je misschien eeuwen wachten; net zo lang als nodig is voor de SiO2-moleculen om zich te verplaatsen door de zwaartekracht. Het onderscheid tussen vast en vloeistof is dus een kwestie van tijd, en dat geld niet enkel voor glas. We schaatsen op een vaste stof, maar als je bevroren water in de Alpen lang genoeg volgt, kun je het zien vloeien (een paar centimeter per jaar, maar toch) in de vorm van een gletsjer.

Bijbel

Dat niet enkel glas en ijs maar op de lange termijn vrijwel alles stroomt, is voor ons mensen niet goed vast te stellen: zoveel tijd is ons niet gegund. Dit wordt bevestigd door de Bijbel; in Richteren 5:5 merkt de profetes Deborah op dat ‘de bergen vervloeiden voor het oog des Heren’.

God heeft alle tijd en zal ook koud glas kunnen zien stromen. Nu we het toch over de Bijbel hebben: ook vloeibaar water gedraagt zich als een vaste stof als je er met voldoende hoge frequentie op tikt, maar dan wel miljarden keren per seconde. Op water lopen kan dus in principe, maar het vergt wel fenomenaal voetenwerk.

Prof. dr. A.P. Philipse
Hoogleraar Fysische en Colloidchemie aan de Universiteit Utrecht

Reageren?