Wat is een amorfe vaste stof?

Een amorfe vaste stof is elk materiaal waarvan de moleculen niet gerangschikt zijn in een rooster of kristallijne structuur. Amorfe vaste stoffen zijn relatief zeldzaam en vormen slechts 10 procent van de vaste stoffen in de wereld. Het meest bekende voorbeeld van een amorfe vaste stof is glas en in feite worden deze vaste stoffen in het algemeen soms glazen genoemd.

De drie toestanden van materie - vast, vloeibaar en gas - treden op vanwege de verschillende mate van beweging van de moleculen waaruit de stoffen bestaan. Moleculen en atomen in gassen hebben een breed bewegingsbereik en verspreiden zich omdat de moleculen zwak met elkaar zijn verbonden. Vloeistoffen hebben een beperkter bewegingsbereik, maar hun moleculen bewegen nog steeds vrij binnen die beperkte, veranderende positie. Deze vrijheid geeft vloeistoffen hun gebrek aan permanente vorm.

Moleculen in vaste stoffen zijn daarentegen aan elkaar gebonden zonder echte bewegingsvrijheid. De moleculen veranderen echter nog steeds, oscillerend in hun bindingen. De oscillerende beweging zorgt ervoor dat vaste stoffen kunnen opwarmen. Hoe sneller de moleculen schudden in hun bindingen, hoe heter het object wordt.

In kristallijne vaste stoffen, die 90 procent van de vaste stoffen in de wereld uitmaken, zijn moleculen gebonden in een geordend patroon. Dit geordende patroon herhaalt zich precies door de hele structuur en creëert een rooster van moleculen. Omgekeerd kan een amorfe vaste stof een herhalend patroon hebben voor kleine delen van de samenstelling, maar niet voor het geheel.

Amorfe vaste stoffen kunnen natuurlijk of door de mens gemaakt worden. Blikseminslagzand zal op natuurlijke wijze glas vormen op het trefpunt. Commercieel glas is echter door de mens gemaakt, met behulp van een proces dat dezelfde omstandigheden creëert als bliksem, maar in een gecontroleerde omgeving. Naast glas is plastic een van de meest gebruikte amorfe vaste stoffen. Plastic is gemaakt van polymeren, lange reeksen moleculen die doelbewust aan elkaar zijn geketend.

Bovendien kunnen amorfe vaste stoffen worden gemaakt van kristallijne vaste stoffen. Glas is bijvoorbeeld gemaakt van kwartszand, een kristallijne vaste stof. Het zand wordt verwarmd tot extreme temperaturen, waardoor het effectief smelt, en vervolgens snel afgekoeld of onderkoeld, zodat de moleculen geen tijd hebben om zichzelf terug te rangschikken in een roostervorm. Deze onderkoeling resulteert in een moleculaire opstelling van het glas, vergelijkbaar met wanneer iemand een foto van de vloeistof had genomen.

Omdat de structuren van amorfe vaste stoffen lijken op vloeistoffen, worden ze soms onderkoelde vloeistoffen genoemd. Deze gelijkenis is ook de reden waarom de mythe ontwikkelde dat glas eigenlijk een langzaam bewegende vloeistof is. Bovendien, in tegenstelling tot een kristallijne vaste stof, wordt een amorfe vaste stof niet onmiddellijk vloeibaar bij blootstelling aan hitte, maar wordt in plaats daarvan steeds zachter.