Was ist ein amorpher Feststoff?
Ein amorpher Feststoff ist jedes Material, dessen Moleküle nicht in einem Gitter oder einer Kristallstruktur angeordnet sind. Amorphe Feststoffe sind relativ selten und machen weltweit nur 10 Prozent der Feststoffe aus. Das bekannteste Beispiel für einen amorphen Feststoff ist Glas, und tatsächlich werden diese Feststoffe manchmal allgemein als Gläser bezeichnet.
Die drei Zustände der Materie - fest, flüssig und gasförmig - treten auf, weil sich die Moleküle, aus denen die Substanzen bestehen, unterschiedlich stark bewegen. Moleküle und Atome in Gasen haben einen weiten Bewegungsbereich, der sich ausbreitet, weil die Moleküle schwach miteinander verbunden sind. Flüssigkeiten haben einen eingeschränkteren Bewegungsbereich, aber ihre Moleküle bewegen sich immer noch frei innerhalb dieser Grenzen und verändern ihre Position. Diese Freiheit verleiht Flüssigkeiten ihre fehlende permanente Form.
Moleküle in Festkörpern sind dagegen ohne wirkliche Bewegungsfreiheit miteinander verbunden. Die Moleküle verschieben sich jedoch immer noch und schwingen in ihren Bindungen. Durch die oszillierende Bewegung können sich Feststoffe erwärmen. Je schneller die Moleküle in ihren Bindungen zittern, desto heißer wird das Objekt.
In kristallinen Festkörpern, die 90 Prozent der Festkörper der Welt ausmachen, sind Moleküle in einem geordneten Muster gebunden. Dieses geordnete Muster wiederholt sich genau über die gesamte Struktur und erzeugt ein Molekülgitter. Umgekehrt kann ein amorpher Feststoff ein sich wiederholendes Muster für kleine Teile seines Aufbaus aufweisen, jedoch nicht für seine Gesamtheit.
Amorphe Feststoffe können natürlich oder künstlich hergestellt sein. Blitzeinschlagender Sand führt auf natürliche Weise dazu, dass sich Glas an seinem Einschlagspunkt bildet. Kommerzielles Glas wird jedoch von Menschenhand hergestellt. Dabei werden die gleichen Bedingungen wie beim Blitz erzeugt, jedoch in einer kontrollierten Umgebung. Neben Glas ist Kunststoff einer der am häufigsten verwendeten amorphen Feststoffe. Kunststoff besteht aus Polymeren, langen Molekülketten, die gezielt miteinander verkettet werden.
Zusätzlich können amorphe Feststoffe aus kristallinen Feststoffen hergestellt werden. Beispielsweise wird Glas aus Quarzsand hergestellt, einem kristallinen Feststoff. Der Sand wird auf extreme Temperaturen erhitzt, die ihn effektiv schmelzen lassen und dann schnell abkühlen oder unterkühlen, sodass die Moleküle keine Zeit haben, sich wieder in eine Gitterform zu bringen. Diese Unterkühlung führt zu einer molekularen Anordnung des Glases, ähnlich wie bei einer Momentaufnahme der Flüssigkeit.
Da die Strukturen amorpher Feststoffe ähnlich wie bei Flüssigkeiten aussehen, werden sie manchmal unterkühlte Flüssigkeiten genannt. Aus dieser Ähnlichkeit entwickelte sich auch der Mythos, dass Glas tatsächlich eine sich langsam bewegende Flüssigkeit ist. Außerdem verflüssigt sich ein amorpher Feststoff im Gegensatz zu einem kristallinen Feststoff nicht sofort, wenn er Hitze ausgesetzt wird, sondern wird zunehmend weicher.