Vitrificatie is een proces waarbij een materiaal wordt omgezet in een glasachtige amorfe vaste stof die vrij is van enige kristallijne structuur, hetzij door snelle verwijdering of toevoeging van warmte, hetzij door vermenging met een toevoegingsmiddel. Het stollen van een glasachtige vaste stof gebeurt bij de glasovergangstemperatuur (die lager is dan de smelttemperatuur, Tm, ten gevolge van onderkoeling).
Wanneer het uitgangsmateriaal vast is, houdt verglazen meestal in dat de stoffen tot zeer hoge temperaturen worden verhit. Veel keramiek wordt op die manier geproduceerd. Verglazing kan ook op natuurlijke wijze optreden bij blikseminslag op zand, waarbij door de extreme en onmiddellijke hitte holle, vertakkende wortelachtige structuren van glas kunnen ontstaan, fulguriet genaamd. Toegepast op witgoed betekent glasachtig dat het materiaal een extreem lage doorlaatbaarheid heeft voor vloeistoffen, vaak maar niet altijd water, wanneer dit wordt vastgesteld aan de hand van een gespecificeerd testregime. De microstructuur van witgoed bevat vaak zowel amorfe als kristallijne fasen.
Voorbeelden
Wanneer sucrose langzaam wordt afgekoeld, is het resultaat kristalsuiker (of rotsuiker), maar wanneer het snel wordt afgekoeld, kan het resultaat de vorm hebben van stroperige suikerspin (suikerspin). Vitrificatie kan ook optreden wanneer wordt uitgegaan van een vloeistof zoals water, meestal door zeer snelle afkoeling of door toevoeging van middelen die de vorming van ijskristallen onderdrukken. Hulpstoffen die in de cryobiologie worden gebruikt of die van nature worden geproduceerd door organismen die in poolgebieden leven, worden cryoprotectanten genoemd. Arctische kikkers en sommige andere ectothermen produceren van nature glycerol of glucose in hun levers om de vorming van ijs tegen te gaan. Wanneer glucose door poolkikkers als cryoprotectant wordt gebruikt, komen enorme hoeveelheden glucose vrij bij lage temperatuur, en een speciale vorm van insuline zorgt ervoor dat deze extra glucose in de cellen terechtkomt. Wanneer de kikker in de lente weer opwarmt, moet de extra glucose snel uit de cellen worden verwijderd en gerecycleerd via nieruitscheiding en opslag in de blaas. Arctische insecten gebruiken ook suikers als cryoprotectant. Arctische vissen gebruiken antivrieseiwitten, soms aangevuld met suikers, als cryoprotectant.
Toepassingen
Natriumkalkglas, gebruikt in ramen en serviesgoed, wordt gemaakt door natriumcarbonaat en kalk (calciumoxide) toe te voegen aan siliciumdioxide. Zonder deze toevoegingen vormt siliciumdioxide (bij langzame afkoeling) zand of kwartskristal, geen glas.
Vitrificatie is een beproefde techniek bij de verwijdering en langdurige opslag van kernafval of ander gevaarlijk afval. Afval wordt gemengd met glasvormende chemicaliën om gesmolten glas te vormen dat vervolgens stolt, waardoor het afval wordt geïmmobiliseerd. De uiteindelijke afvalvorm lijkt op obsidiaan en is een niet-uitloogbaar, duurzaam materiaal dat het afval effectief insluit. Het afval kan in deze vorm relatief lang worden opgeslagen zonder zich zorgen te maken over verontreiniging van lucht of grondwater. Bij verglazing in bulk wordt gebruik gemaakt van elektroden om grond en afval te smelten op de plaats waar het begraven ligt. Het verharde afval kan dan worden opgegraven met minder gevaar voor wijdverspreide besmetting. Volgens de Pacific Northwest National Labs: “Vitrificatie sluit gevaarlijke materialen op in een stabiele glasvorm die duizenden jaren meegaat.”
Ethyleenglycol wordt gebruikt als antivriesmiddel voor auto’s en propyleenglycol wordt gebruikt om ijskristallen in ijs te verminderen, waardoor het gladder wordt.
Jarenlang is glycerol gebruikt in de cryobiologie als een cryoprotectant voor bloedcellen en sperma van stieren, waardoor opslag bij vloeibare stikstof temperaturen mogelijk is. Glycerol kan echter niet worden gebruikt om hele organen tegen beschadiging te beschermen. In plaats daarvan doen veel biotechnologiebedrijven momenteel onderzoek naar de ontwikkeling van andere cryoprotectanten die meer geschikt zijn voor dergelijke toepassingen. Een succesvolle ontdekking zou uiteindelijk de cryogene bulkopslag (of “banking”) van transplanteerbare menselijke en xenobiotische organen mogelijk kunnen maken. Een belangrijke stap in die richting is reeds gezet. Op de jaarlijkse conferentie van de Society for Cryobiology in juli 2005 kondigde Twenty-First Century Medicine de verglazing van een konijnennier tot -135°C aan met hun eigen verglazingscocktail. Na heropwarming werd de nier met succes getransplanteerd in een konijn, met volledige functionaliteit en levensvatbaarheid.
In de context van cryonics, vooral bij de bewaring van het menselijk brein, wordt verglazing van weefsel noodzakelijk geacht om vernietiging van het weefsel of van de in het brein gecodeerde informatie te voorkomen. Momenteel zijn de verglazingstechnieken alleen toegepast op de hersenen (neurovitrificatie) door Alcor en op het bovenlichaam door het Cryonics Institute, maar er wordt door beide organisaties onderzoek verricht om de verglazing op het gehele lichaam toe te passen.
Zie ook
- Amorfe vaste stof
- Cryogenics
- Glass
- Radioactive decay
Notes
- Jack R. Layne, Jr., en Richard E. Lee, Jr. (1995), Aanpassingen van kikkers om bevriezing te overleven. Klimaatonderzoek 5: 53-59. Op 25 december 2008 ontleend.
- M.I. Ojovan, and W.E. Lee, An Introduction to Nuclear Waste Immobilisation (Elsevier, Amsterdam, 2005), 315.
- Berekeningen van het vrijkomen van afval voor de prestatie-evaluatie van de geïntegreerde bergingsfaciliteit in 2005 (PDF). PNNL-15198. Pacific Northwest National Laboratory (juli 2005). Opgehaald op 25 december 2008.
- Plenaire zitting: Grondbeginselen van Biopreservatie. Wetenschappelijk programma CRYO 2005. Vereniging voor Cryobiologie (24 juli 2005). Opgehaald op 25 december 2008.
- Ashle, Steven. Juni 2002. Verdelen en verglazen. Scientific American.
- Lovgren, Stefan. Maart 2005. Lijken ingevroren voor toekomstige wedergeboorte door Arizona Company. National Geographic.
- Vitrificatie: Putting the Heat on Waste.
Alle links opgehaald op 9 mei 2020.
- Vitrification in Cryonics
- Liquid fragility and the glass transition in water and aqueous solutions
Credits
De schrijvers en redacteuren van de Nieuwe Wereld Encyclopedie hebben dit Wikipedia-artikel herschreven en aangevuld in overeenstemming met de normen van de Nieuwe Wereld Encyclopedie. Dit artikel voldoet aan de voorwaarden van de Creative Commons CC-by-sa 3.0 Licentie (CC-by-sa), die gebruikt en verspreid mag worden met de juiste naamsvermelding. Eer is verschuldigd onder de voorwaarden van deze licentie die kan verwijzen naar zowel de medewerkers van de Nieuwe Wereld Encyclopedie als de onbaatzuchtige vrijwillige medewerkers van de Wikimedia Foundation. To cite this article click here for a list of acceptable citing formats.The history of earlier contributions by wikipedians is accessible to researchers here:
- Vitrification history
The history of this article since it was imported to New World Encyclopedia:
- History of “Vitrification”
Note: Some restrictions may apply to use of individual images which are separately licensed.