Il vetro è un materiale che affascina scienziati e curiosi per le sue proprietà uniche. Da secoli viene impiegato in architettura, oggetti d’arte e tecnologia, ma una domanda ricorrente è: il vetro è un liquido o un solido? Inoltre, perché possiamo vederci attraverso, mentre altri materiali, come i metalli o la pasta, sono opachi?
Il vetro è un liquido? Il mito della sua “fluidità”
Uno dei miti più diffusi è che il vetro sia in realtà un liquido estremamente viscoso, che si muove lentamente nel tempo. Questa credenza nasce dall’osservazione delle vetrate delle antiche cattedrali, che spesso risultano più spesse nella parte inferiore. L’idea è che il vetro si sia “mosso” nel corso dei secoli a causa della gravità.
In realtà, questa spiegazione è scorretta. Le vetrate medievali erano realizzate con tecniche di soffiatura che portavano a uno spessore irregolare fin dalla fabbricazione. Il vetro non fluisce nel tempo come un liquido, anche se la sua struttura lo rende diverso dai solidi cristallini tradizionali.
La natura amorfa del vetro: tra liquido e solido
Per comprendere il comportamento del vetro, è utile considerare la sua struttura a livello atomico. La maggior parte dei solidi, come i metalli o i cristalli, hanno una disposizione ordinata degli atomi, formando una struttura cristallina. Il vetro, invece, è amorfo, il che significa che i suoi atomi sono disposti in modo disordinato, più simile a un liquido congelato che a un solido tradizionale.
Quando si riscalda il biossido di silicio (SiO₂), l’ingrediente principale del vetro, esso si fonde in un liquido. Se viene raffreddato rapidamente, però, non ha il tempo di formare cristalli e rimane in uno stato rigido ma disorganizzato.
Philip Gibbs, dell’Università della California, Riverside, spiega che quando un liquido viene raffreddato, la sua viscosità aumenta, impedendo la formazione di cristalli. Se questo processo avviene abbastanza rapidamente, il materiale assume una struttura solida ma non cristallina, formando un solido amorfo.
John Mauro e Katelyn Kirchner, esperti di scienza dei materiali, spiegano che il vetro subisce un processo chiamato rilassamento, in cui gli atomi si riorganizzano molto lentamente verso una struttura più stabile. Tuttavia, questa trasformazione è estremamente lenta: in 1 miliardo di anni, un pezzo di vetro cambia forma di meno di 1 nanometro, una dimensione 70.000 volte più piccola del diametro di un capello umano.
Quindi, il vetro non è un liquido nel senso tradizionale, ma nemmeno un solido cristallino. È una fase della materia intermedia, spesso descritta come solido amorfo.
Perché il vetro è trasparente?
Un altro grande mistero del vetro è la sua trasparenza. Mentre la maggior parte dei materiali blocca o riflette la luce, il vetro permette alla luce di attraversarlo. Ma perché?
Quando la luce colpisce un materiale, i fotoni possono subire tre destini:
- Essere assorbiti, cedendo energia agli elettroni del materiale, che passano a un livello energetico superiore.
- Essere riflessi, rimbalzando indietro come accade con gli specchi.
- Passare attraverso, senza subire modifiche significative, fenomeno chiamato trasmissione.
La trasparenza del vetro dipende dal comportamento dei suoi elettroni. Nei metalli e in molti altri solidi, i fotoni della luce visibile hanno abbastanza energia per eccitare gli elettroni, che quindi assorbono la luce impedendole di passare. Nel vetro, invece, gli intervalli di energia tra i possibili stati elettronici sono troppo grandi per essere superati dalla luce visibile.
In parole semplici, i fotoni della luce visibile non hanno abbastanza energia per essere assorbiti dagli elettroni del vetro, quindi la luce passa attraverso il materiale senza ostacoli.
Tuttavia, il vetro non è completamente trasparente a tutte le lunghezze d’onda della luce. Per esempio, la luce ultravioletta (UV) ha più energia della luce visibile ed è sufficiente per eccitare gli elettroni del vetro. Questo significa che il vetro blocca parte della luce UV, motivo per cui le finestre possono ridurre l’esposizione ai raggi ultravioletti.
