Flüssiges Glas

Der Begriff des flüssigen Glases bei Raumtemperatur geht wahrscheinlich ursprünglich auf eine missverständliche oder falsche Übersetzung von Gustav Tammanns Werk Der Glaszustand zurück. Hier wird erstmals versucht, Glas aus thermodynamischer Sicht zu beschreiben. Tammann beschreibt Glas als gefrorene unterkühlte Flüssigkeit. Es wird vermutet, dass Übersetzungen oder Zitate aus diesem einflussreichen Buch nunmehr als einfache unterkühlte Flüssigkeit wiedergegeben wurden; d. h. jeglicher Hinweis auf den Feststoffcharakter ausgelassen wurde.

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Unterschiedliche Behauptungen zum Wesen der Flüssigkeit

Die Behauptungen, dass Glas flüssig sei, lassen sich anhand ihrer Radikalität in verschiedenen Gruppen zusammenzufassen.

1. Glas ist im umgangssprachlichen Sinn (zäh-)flüssig
2. Glas ist im allgemeinen physikalischen Sinn flüssig
3. Glas ist im thermodynamischen Sinn flüssig

Es kommt vor, dass ein Verfechter sich von einem anfänglichen Standpunkt 1 sich im weiteren Verlauf einer Diskussion auf 2 und bei hinreichender Spitzfindigkeit schließlich auf 3 zurückzieht.

Im umgangssprachlichen Sinn (zäh-)flüssig

Die erste Gruppe führt Berichte von fließenden Kirchenfenstern an. Viele aus dem Mittelalter stammende Kirchenfenster weisen tatsächlich am oberen Ende kleinere Dicken als am unteren Ende auf. Dies soll auf die (zäh-)flüssige Eigenschaft des Glases in Verbindung mit dem hohen Alter der Fenster zurückzuführen sein. In diesem Zusammenhang wird oft auf das Pechtropfenexperiment hingewiesen.

Allerdings zeigte sich bei genaueren Untersuchungen, dass nicht alle Kirchenfenster diese Eigentümlichkeit aufweisen. Einige sind seitlich oder gar oben dicker. Für alte Kirchenfenster wurde Mondglas verwendet, welches typischerweise eine ungleichmäßige Dicke hat. Es ist plausibel, dass der Handwerker beim Einsetzen der Glasstücke die dickere Seite aus Stabilitätsgründen nach unten gesetzt hat.

Im allgemeinen physikalischen Sinn flüssig

Hier wird darauf verwiesen, dass Glas als amorpher Stoff, im Gegensatz zu Kristallen, keinen festen Schmelzpunkt hat und langsam erstarrt. Da es keinen richtigen Schmelzpunkt hat – so die Argumentation – wird es auch nie richtig fest.

Das Maß für Viskosität, also der Grad der Festigkeit, ist die Pascal-Sekunde (Pa s). Kalk-Natron-Glas besitzt bei Verarbeitungstemperatur von etwa 900 °C eine Viskosität von ca. 10⁴ Pa s; zum Vergleich: Olivenöl hat einen Wert von ca. 10² Pa s. Kalk-Natron-Glas bei 20 °C hat einen Wert von ca. 10¹⁹ Pa s.

Im thermodynamischen Sinn flüssig

Die letzte Gruppe schließlich behauptet, dass Glas im thermodynamischen Sinn flüssig sei, ohne dafür eine genaue und schlüssige Argumentation zu liefern. Es wird nur gefolgert, dass, was im thermodynamischen Sinn flüssig ist, auch im allgemeinen Sinn flüssig sei.

Wie eingangs mit dem Tammann-Zitat schon angedeutet, hat Glas eine spezielle Eigenschaft mit Flüssigkeiten gemeinsam: seine Atome sind nicht geordnet. Doch anders als bei Flüssigkeiten, bei denen sich die Bindungen zwischen den Atomen fortwährend ändern, sind diese im Glas eingefroren. Die klassische Thermodynamik ist statischer Natur und somit nur eine Momentaufnahme; aus diesem Blickwinkel ist die Struktur von Flüssigkeit und Glas vergleichbar. Dessen soll man sich sehr bewusst sein und den wichtigen Vorsatz gefroren nicht vergessen – gerade weil hierdurch eine offensichtliche Unsinnigkeit (gefroren = fest und flüssig) entsteht.

Zeit-Temperatur-Superposition

Die „Zeitlosigkeit“ der klassischen Thermodynamik ist der wirkliche Grund aller Verwirrung auf diesem Punkt. Es stellt sich heraus, dass der Glaspunkt, die Temperatur bei der Glas übergeht in Flüssigkeit, zeit- oder besser frequenzabhängig ist. Das heisst u. a., dass man ein Glaspunkt eigentlich nur gut messen kann mit einer Modulationsmessung, z. B. mit MDSC. Bei höheren Frequenz liegt der Übergang etwas höher, d. h., es ist möglich, dass ein Stoff mit einer Glasübergangstemperatur T_g nahe der Zimmertemperatur beim schnellen Zerschlagen als Glas benimmt. Sie kann aber über eine Zeit von Jahren fliessen. Die Frequenzabhängigkeit ist nicht groß, sodass ein Stoff wie Silikatglas mit T_g hunderten Grad Celsius höher als Zimmertemperatur sich nur als Flüssigkeit benehmen könnte. Die dazu notwendige Beobachtungszeit ist allerdings viel länger ist als das Alter unseres Universums – aus Extrapolationen ergeben sich Zeiten von mehr als 10³² Jahren. Aus diesen Grund ist es für den praktischen Einsatz besser, Glas als Feststoff zu benennen.

Literatur und Weblinks

• Plumb, R. C.: Antique windowpanes and the flow of supercooled liquids, in: Journal of Chemical Education, 1989 66(12): S. 994–996.
• Tammann, G.: Der Glaszustand, Leipzig 1933: Voss, S. 123 pp.
• http://www.robinsonglass.com/liquid_or_solid.htm Flüssiges Glas als Urban Legend
• http://tafkac.org/science/glass.flow/origins_of_claim.html Zu der Entstehungsgeschichte der Behauptung (en)