Alle stoffer har tre forskellige tilstande: Fast, flydende og gas.
Men faktisk findes der ikke kun én, men to former for fast tilstand: En krystallinsk tilstand som er helt fast, og en glas-tilstand som også er fast, men i virkeligheden er en sej væske, der er størknet. Selvom det kaldes glas, kan det godt være andre ting, end det vi kalder glas i daglig tale.
I krystallinsk form sidder molekylerne i en fast struktur. Men når de er i en sej væskeform så sidder molekylerne uordnet. Når den seje væske størkner og bliver til en glas, så forbliver de uordnede.
Den seje væskeform kender vi blandt andet fra en halvhård karamel, smeltet plastik eller asfalt, der stivner.
Videnskab.dk's nyeste skud på blog-stammen forsker i at forstå den tilstand, som opstår, lige inden et stof bliver hårdt. Hun hedder Kristine Niss og er ph.d. og lektor ved grundforskningscentret Glas og Tid på Roskilde Universitet (RUC).
Hårde stoffer i blød form
Kristine Niss' område er glasforskning (se video). Det er stadigvæk på et meget grundvidenskabeligt stadie, men det vil hun forsøge at lave om på.
Forskningsverdenen har efterhånden rimelig godt styr på, hvordan molekylerne bevæger sig i krystallinske stoffer og gasser. Man ved at væsker opfører sig helt uordentligt.
Men de seje væsker kan man endnu ikke sige så meget om endnu.
»Man tænker ikke over, at det tager tid for molekylerne at flytte sig, når et stof varmes op. Med f.eks. gasser går det jo så hurtigt, at man næsten ikke kan måle det. Men når man varmer en sej væske, så tager det lang tid,« siger Kristine Niss og fortsætter:
»Jeg har for nylig brugt en uge på at få et stof i ligevægt, efter det var blevet opvarmet en tiendedel grad. Jeg målte, hvordan stoffets volumen ændrede sig, og selvom det kun tog to sekunder at opvarme stoffet, så tog det en uge, inden stoffet havde nået den volumen, som passede til den nye temperatur.«
\ Fakta
Glastilstanden dannes normalt ved, at man køler en væske meget hurtigt ned under dens frysepunkt. Først bliver væsken ekstremt sej - altså en sej væske. Her kan molekylerne stadig bevæge sig, men det går langsomt. Når man køler yderligere, størkner den seje væske helt, og man har formet en glas. I glassen kan molekylerne ikke flytte sig. De sidder højst og vibrerer ligesom i en krystal, men de sidder uordnet, ligesom de gjorde i væsken.
Både gasser og krystallinsk faste stoffers struktur kan beskrives med relativt simple modeller, og fysikken har en stor forståelse af stoffer i begge tilstande. Med væsker bliver det sværere, fordi der ingen orden er i molekylerne. Seje væsker er ekstra indviklede, fordi de er en mellemting mellem faste og flydende.
Seje væsker kan måske bruges i medicin
Højere forståelse af de seje væsker kan bruges rigtig mange steder i materialeindustrien
»Det gælder for seje væsker som med det meste materialefysik; hvad vi ved er mest baseret på "trial and error" – man har prøvet sig frem. Det, jeg beskæftiger mig med, handler om at få en større mikroskopisk og teoretisk forståelse,« siger Kristine Niss.
Kristine Niss fortæller, at hun i øjeblikket sidder med et hold studerende på den Naturvidenskabelige Bacheloruddannelse på RUC, der arbejder med at lave medicin i glasform, som ellers traditionelt er i krystalform. Glasformen gør det lettere for kroppen at optage medicinens aktive stof.
En anden anvendelsesmulighed er i isoleringsindustrien. For eksempel når man laver glasuld, som består af glas i meget tynde tråde. Ved starten af hver tråd kommer der en lille dråbe, som gør, at hvert element er en anelse tungere, og som dermed gør produktionen og transporten dyrere.
De bedste regnestykker kan laves på en serviet
Kristine Niss’ interesse i lige nøjagtig glasforskning er opstået af en kombination af tilfældigheder og så en forkærlighed for fysik, der er helt nede på jorden.
»Jeg er ikke typen, der kigger på himlen. Jeg kan bedre lide det, man kan sanse. Jeg mærker, rører, smager. Jeg har altid undret mig over nære ting, som hvorfor noget er grønt, hvorfor noget er gennemsigtigt, hvorfor man brænder sig mere på metal end på træ,« forklarer hun.
Kristine Niss er blandt andet draget af glasforskningens mange uudforskede muligheder. Hun beskriver det som et af de felter, hvor der stadig er meget at udforske med en fysikers briller.
Og så fascinerer det hende, at glasforskningen stiller nogle ret simple spørgsmål, som man kan svare generelt på med simple redskaber. For som hun skriver på sin blog:
»De bedste regnestykker er dem, man kan lave på en serviet.«
Kan det betale sig at løbe gennem regnen?
\ Fakta
Metal som glas: Man kan lave metal på glasform, selvom metal rigtig gerne vil krystallisere. Metaller består af atomer, som i bund og grund bare er små kugler, der nemt lægger sig som krystaller. Men ved at blande forskellige metaller, er det lykkedes at få det stabilt på glasformen. I glasform får metallet nogle andre egenskaber. Det bliver hårdere og det kan formes mere præcist på nanometerskalaen.
Nærheden vil Kristine Niss gerne bringe med ind i hendes blog, så læserne kan få en fornemmelse for den verden, der omgiver dem.
Hendes første blogindlæg handler om et spørgsmål, de fleste nok har stillet sig selv: Kan det betale sig at løbe gennem regnen?
I et senere blogindlæg vil hun komme ind på, om der er forskel på de fysiske love i henholdsvis Danmark og Iran.
Ud over den nære hverdagsfysik planlægger Kristine Niss også at skrive om forskningsresultater inden for materialeforskning, og om den verden fysikere lever i.
Verdens bedste neutronspredningsfacilitet
Syv millioner kroner er lige dumpet ind ad døren i form af en Sapere Aude-bevilling til Kristine Niss’ forskning.
Det åbner for, at hun kan lave en type forskning, som havde været umulig at udføre, hvis ikke hun havde fået penge til det.
»Det handler om neutronspredning. Man skyder neutroner ind på et materiale - i mit tilfælde en sej væske - og undersøger, hvor de kommer ud henne. Det giver forskellige informationer om materialet. Det siger noget om, hvor molekyler og atomer er, og hvordan de bevæger sig. Det er i høj grad ’large scale physics’, og faciliteter til den slags har vi ikke i Danmark,« forklarer Kristine Niss.
Danmark har netop investeret i en neutronspredningsfacilitet i Lund, som om 10 år vil stå som verdens bedste af sin art.
Kristine Niss har tidligere arbejdet med neutronspredning, da hun tog sin ph.d. i Frankrig.
