¿Se derrama el vidrio?

Durante mucho tiempo he oído este comentario… De hecho al principio me pareció hasta creíble. Que los espejos astronómicos se deforman porque el vidrio es como un fluido muy viscoso.

¿Se deforman los espejos astronómicos porque el vidrio fluye?

Inclusive como prueba adicional, se dice que los Vitraux antiguos de las iglesias son mas anchos abajo que arriba, justamente porque se han derramado.

¿Que tan cierto es todo esto?

Esta información circula hasta en manuales de escuela secundaria.

La idea fundamental es: “El vidrio es en realidad un líquido”  y “la prueba son los Vitreaux de las catedrales antiguas de Europa. El vidrio es más grueso en la parte inferior de lo que es en la parte superior, porque se derramo.”

Veamos la afirmación:

El vidrio es un líquido, y fluye naturalmente, ¿verdad?

FALSO.

Este mito persiste, y se repite porque es muy atractivo. Sin pensarlo, parece totalmente factible.

Al vidrio y al estado vítreo se los describe a menudo, señalando sus similitudes con líquidos. Se dice que el vidrio es un liquido muy espeso, y por eso fluye.

En realidad los líquidos fluyen porque no hay fuerzas poderosas que sostengan sus moléculas juntas. Por ello, pueden moverse libremente, de modo que los líquidos se pueden verter, salpicacar, y se derraman.

A diferencia de las moléculas en los líquidos convencionales, los átomos en el vidrio están unidos fuertemente por enlaces químicos. Es como si el cristal fuera una molécula gigante. Esto hace que los vidrios sean rígidos y no puedan fluir a temperatura ambiente.

¿Por qué el mito no tiene sentido?

Hay varias razones por las que el mito no tiene sentido.

Primero: es verdad que hay algunos Vitreaux antiguos poseen vidrios son mas gruesos abajo que arriba, pero no hay mediciones de muchos como establecer que a todos les pasa lo mismo.

La cuestión de los cristales de las ventanas antiguas ha sido abordada en detalle por R. Plumb [1], 1989. Señala lo siguiente:

¿Por que los paneles de cristal de las ventanas de la antigüedad son más gruesos en la parte inferior que en la parte superior? Realmente hay variaciones observables en el espesor, aunque no parece haber habido estudios estadísticos que documenten la frecuencia y magnitud de tales variaciones. Este autor cree que la explicación correcta se encuentra en el proceso por el cual los cristales de las ventanas se fabricaban en ese momento: el proceso del vidrio Crown…… Las variaciones en el espesor de cristales antiguos no tienen nada que ver con que el vidrio es un sólido o un líquido, y su causa se encuentra en el proceso de fabricación de vidrio empleado en el momento, que por su fabricación era muy difícil tener paneles de vidrio de espesor constante.

El método de Crown
En este método antiguo de fabricación de vidrio, después de soplado, se lo ponía en una mesa giratoria para achatarlo por el efecto centrífugo y luego se cortaba por la parte exterior del disco. El vidrio es más fino en la parte externa que en la interna y la explicación aceptada es que los vidrios se instalaban con la parte gruesa hacia abajo, tal vez por una cuestión estructural, o de sentido común: es mas resistente la parte mas gruesa, y por eso se la colocaba hacia abajo, para soportar mejor el peso.
Con este ejemplo no hay dudas
Ademas uno puede preguntarse por qué este supuesto engrosamiento se limita solamente a los cristales de las ventanas de las catedrales.

¿Por qué no nos encontramos con que los vasos tubulares egipcios o los cuencos griegos y romanos se han combado o deformado, si tienen entre 1.000 y 2.500 años más que los Vitreaux?.

Jarra romana del siglo I DC. No parece estar deformada…..

¿Y los espejos astronómicos?

Los espejos astronómicos si son muy finos no sirven, no porque fluyen, sino porque se deforman. No tienen la rigidez mecánica suficiente. De hecho si el vidrio  fluyera, no importa el espesor usado, dejarían de ser útiles en poco tiempo. Sin embargo, (al menos en los espejos de tamaño amateur) si tienen 1/8 del diámetro, no se deforman.

El Dr. Chuck Kurkjian, especialista en vidrio, ha realizado algunos cálculos sobre su viscosidad.  Como comparación, el agua tiene 0,01 poise, y fluye libremente.
El plomo metálico tiene 10 elevado a la 11 poise. Es un metal…. no fluye.

¿Cuanto tiene el vidrio?

Ha determinado que a temperatura ambiente tiene una viscosidad de 10 elevado a la 20 poise….. Comparado con el vidrio, el plomo es muchísimo mas fluido!!!

Igualmente por curiosidad, ¿cuanto tiempo deberías esperar para que en teoría, la deformación del vidrio fuera real?

Kurkjian ha calculado que si una placa de vidrio de un metro de altura y un centímetro de espesor se colocara en una posición vertical a temperatura ambiente, el tiempo necesario para el vidrio fluyera hacia abajo, y su espesor creciera 10 angstroms en la parte inferior (unos diez átomos de hidrógeno) deberíamos esperar casi la edad del Universo: unos diez mil millones de años.

El Ingeniero Edgar D. Zanotto de Brasil estima que para que un vidrio tenga una deformación visible a simple vista, a temperatura ambiente, deben pasar 10 elevado a la 32 años…… Son trillones de veces la vida del Universo….

Así que debemos afirmar que, aunque muy atractiva, la idea del vidrio fluyendo, es falsa.

[1] Plumb, R. C. (1989) Antique windowpanes and the flow of supercooled liquids. Journal of Chemical Education, 66(12): 994-996.

Pueden ver algo del trabajo de Plumb en ingles gratis aqui.