Il vetro è solido o liquido? Questa domanda, che da alcuni decenni è oggetto di accesi dibattiti da parte degli specialisti del settore, è stato appena risposto di nuovo:"Il vetro è un disequilibrio, stato non cristallino della materia che appare solido in un breve lasso di tempo ma si rilassa continuamente verso lo stato liquido."

Una definizione alternativa più elaborata è questa:"Il vetro è un non equilibrio, stato condensato non cristallino della materia che mostra una transizione vetrosa. La struttura dei bicchieri è simile a quella dei loro liquidi sovraraffreddati (SCL), e si rilassano spontaneamente verso lo stato SCL. Il loro destino finale, nel limite del tempo infinito, è cristallizzare."

"Ci sono diverse definizioni di vetro, ma la maggior parte contiene errori gravi, " disse Edgar Dutra Zanotto, uno degli autori della nuova definizione. "Molte definizioni dicono che un bicchiere è un solido, e altri dicono che è un materiale isotropo [le cui proprietà sono le stesse in tutte le direzioni], ma molti bicchieri non lo sono."

Insieme a John C. Mauro, Professore di Scienza e ingegneria dei materiali presso la Penn State University negli Stati Uniti, Zanotto ha pubblicato un articolo in cui sostiene che "la struttura [del vetro] è molto diversa da quella dei solidi. Il vetro si rilassa continuamente e si cristallizza". L'articolo è stato pubblicato su Diario di solidi non cristallini .

Il ricercatore sottolinea che decine di articoli hanno già collocato il vetro al di fuori della categoria dei solidi per tre caratteristiche. Uno di questi è che la struttura del vetro è molto simile a quella dei liquidi da cui è formato. Un altro è che il vetro scorre (deforma) spontaneamente nel tempo in risposta a una pressione minima, che può essere inferiore all'azione della gravità. I solidi cristallini si deformano solo in risposta a una pressione esterna inversamente proporzionale alla temperatura. Più bassa è la temperatura, maggiore è la pressione che deve essere applicata a un solido cristallino per deformarlo, ha spiegato Zanotto.

"D'altra parte, qualsiasi pressione positiva o sollecitazione diversa da zero è sufficiente per far scorrere un bicchiere a qualsiasi temperatura, " ha detto. "Il tempo necessario per deformarsi dipende principalmente dalla temperatura e dalla composizione chimica. Se la temperatura a cui viene sottoposto il vetro è prossima allo zero Kelvin [zero assoluto], ci vorrà un tempo infinitamente lungo per deformarsi, ma se è riscaldato, comincerà subito a fluire."

La terza caratteristica che distingue il vetro da un solido è che alla fine della sua esistenza, alla fine si cristallizza, mentre un cristallo, Per esempio, né scorre né cristallizza perché è già allo stato solido. Sulla base di queste tre caratteristiche, Zanotto e Mauro propongono di definire il vetro come un "liquido congelato", un materiale con la struttura di un liquido che è stato congelato senza cristallizzare raffreddandosi al di sotto di una certa temperatura, nota come temperatura di transizione vetrosa.

"Ci è voluto molto tempo per mettere insieme questi concetti di solido e liquido, cristallo e non cristallo, e congelato, che nell'articolo ha il significato di stato temporaneo, e per arrivare alla moderna definizione avanzata di vetro, " Disse Zanotto.

Dibattito acceso

L'iniziativa di proporre una nuova definizione di vetro è nata quando Zanotto ha tenuto la Turner Memorial Lecture, dal titolo "Miti e meraviglie del vetro, " durante la Conferenza del Centenario della Society of Glass Technology (SGT) presso l'Università di Sheffield nel Regno Unito nel settembre 2016. Zanotto è il primo brasiliano ad essere stato invitato a tenere la conferenza.

Detenuto all'università dal 1966, la Turner Memorial Lecture è stata tenuta da luminari come Sir Harry Kroto (1939-2016), che nel 1996 ha vinto il Premio Nobel per la Chimica per la scoperta dei fullereni (allotropi del carbonio noti anche come nanotubi di carbonio); Sir Alastair Pilkington (1920-95), chi ha inventato il processo float utilizzato in tutto il mondo per produrre lastre di vetro; e Larry L. Hench (1938-2015), l'inventore del biovetro.

Una delle domande sollevate da Zanotto durante la lezione è stata proprio se il vetro è un solido o un liquido. La domanda ha provocato un acceso dibattito con diversi scienziati tra il pubblico, e soprattutto Arun Varshneya, Professore Emerito di Scienza e Ingegneria del Vetro presso la Alfred University negli Stati Uniti, un noto "guru del vetro" e autore di uno dei libri sul vetro più letti al mondo.

A seguito della discussione, Zanotto iniziò a scambiare email con Varshneya e a scrivere quello che sarebbe diventato il Diario di solidi non cristallini articolo, con l'obiettivo di smentire l'idea che il vetro sia un solido, come sostenuto dallo scienziato americano di origine indiana.