Nhựa có thể tồn tại 1.000 năm trong tự nhiên-Nhưng tại sao thủy tinh lại tồn tại lâu hơn?

Nhựa là một trong những chất gây ô nhiễm phổ biến nhất do hoạt động của con người tạo ra và lý do chính cho vấn đề dai dẳng như vậy là do khả năng chống phân hủy của nó.

Trong tự nhiên, nhựa có thể mất từ ​​200 đến 1.000 năm để phân hủy một cách tự nhiên-ngay cả một chiếc túi nhựa đơn giản cũng có thể tồn tại từ 200 đến 400 năm trước khi phân hủy hoàn toàn. Nhưng có một điều đáng ngạc nhiên: Có một loại vật liệu khác mà chúng ta sử dụng hàng ngày thậm chí còn có khả năng đàn hồi tốt hơn, tồn tại lâu hơn trong môi trường so với nhựa. Chất liệu đó? Thủy tinh.

Bạn có thể thắc mắc liệu có bằng chứng nào cho thấy thủy tinh bền hơn nhựa-và câu trả lời là có. Nếu bạn đã xem một bộ phim du hành thời gian-, có thể bạn đã từng thấy cảnh nhân vật chính "phát minh" ra thủy tinh từ thời xa xưa, làm người dân địa phương thán phục và kiếm bộn tiền. Nhưng đó hoàn toàn là hư cấu. Con người đã làm thủy tinh trong nhiều thiên niên kỷ: từ năm 1000 trước Công nguyên, hơn 3.000 năm trước, người Ai Cập cổ đại đã thành thạo nghệ thuật thổi thủy tinh.

Bằng cách thổi thủy tinh, người Ai Cập đã tạo ra đủ loại đồ thủy tinh phức tạp. Nhưng ngay cả trước đó-hơn 1.000 năm trước-các vật thể bằng thủy tinh đã tồn tại. Điều đó có nghĩa là con người đã làm ra thủy tinh được hơn 4.000 năm. Các nhà khảo cổ đã khai quật được vô số hiện vật thủy tinh từ các khoảng thời gian khác nhau và gần như tất cả chúng đều được bảo quản hoàn hảo. Chỉ điều đó thôi cũng cho chúng ta biết rằng hàng ngàn năm hầu như không để lại dấu vết trên kính. Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta{11}tiến nhanh hơn nữa? Thủy tinh có thể tồn tại lâu hơn trong tự nhiên hơn hầu hết mọi người nhận ra.

Để hiểu tại sao thủy tinh lại bền đến vậy, trước tiên chúng ta cần tìm hiểu xem nó là gì. Thủy tinh chủ yếu được làm từ silica (silicon dioxide) và các oxit khác, và nó là chất rắn vô định hình có cấu trúc không đều. Khi chúng tôi nói "cấu trúc không đều", chúng tôi muốn nói đến các nguyên tử bên trong thủy tinh được sắp xếp một cách dường như ngẫu nhiên, không có thứ tự. Hãy nghĩ về điều này: chất lỏng và chất khí có sự sắp xếp phân tử hỗn loạn, trong khi hầu hết các chất rắn-như kim loại như sắt-có cấu trúc nguyên tử có trật tự cao. Thủy tinh là chất rắn nhưng các nguyên tử của nó được sắp xếp giống chất lỏng hơn. Làm sao điều đó có thể được?

Sự thật là cấu trúc nguyên tử của thủy tinh rất hỗn loạn với một trật tự ẩn giấu. Nhìn chung, các nguyên tử trông có vẻ vô tổ chức, nhưng nếu bạn phóng to từng nguyên tử riêng lẻ, bạn sẽ thấy mỗi nguyên tử silicon được liên kết với bốn nguyên tử oxy. Nó trông giống như một đám đông 100 người trong một quảng trường: nhìn từ xa thì trông hỗn loạn nhưng khi đến gần, họ được tạo thành từ những nhóm nhỏ có tổ chức. Kiểu rối loạn sắp xếp nguyên tử-trên quy mô lớn, trật tự trên quy mô nhỏ-được gọi là "thứ tự phạm vi-ngắn". Đó cũng là lý do tại sao thủy tinh rất cứng nhưng lại dễ vỡ.

Cấu trúc nguyên tử độc đáo này mang lại cho thủy tinh độ cứng cao, nhưng có một yếu tố quan trọng khác khiến nó gần như không thể bị phá hủy trong tự nhiên: tính ổn định hóa học cực cao. Thủy tinh hầu như không phản ứng với bất kỳ chất nào khác, điều đó có nghĩa là nó gần như không thể bị ăn mòn một cách tự nhiên. Có thể bạn đang nghĩ,"Đợi đã-axit hydrofluoric có thể ăn mòn thủy tinh phải không?" Bạn không sai. Axit flohydric không phản ứng với thủy tinh và chất kiềm mạnh cũng có thể phản ứng như vậy. Nhưng đây là điều đáng chú ý: cả axit hydrofluoric và kiềm mạnh đều không tồn tại trong môi trường tự nhiên.

Trong tự nhiên, thủy tinh về cơ bản không bị ảnh hưởng bởi hóa chất. Cách duy nhất để phá vỡ nó là thông qua các tác động vật lý-như xói mòn do gió và mưa, mài mòn cát và hoạt động địa chất. Rốt cuộc, thủy tinh rất dễ vỡ. Nếu bạn nhận thấy rằng một cửa sổ mới mất đi độ sáng sau một vài năm, đó là do mưa và cát làm mòn bề mặt của nó theo thời gian.

Những mảnh thủy tinh lớn sẽ vỡ thành những mảnh nhỏ hơn khi bị tác động bởi lực vật lý. Những mảnh nhỏ hơn đó sau đó sẽ bị mài mòn nhiều hơn, trở thành những hạt mịn, nhỏ-cuối cùng nhỏ đến mức không thể phân biệt được với cát bằng mắt thường. Nhưng đây là điểm quan trọng: ngay cả khi nó nhỏ như vậy, nó vẫn là thủy tinh.

Một số người cho rằng thủy tinh có thể tồn tại được 1 triệu năm trong tự nhiên, nhưng đó thực sự là một cách đánh giá thấp. Nếu một vật thể bằng thủy tinh được bảo vệ khỏi hư hỏng vật lý thì nó có thể tồn tại vô tận-hàng nghìn, thậm chí hàng triệu năm. Chừng nào nền văn minh của con người còn tồn tại thì chiếc kính đó cũng có thể tồn tại. Trên thực tế, nó thậm chí có thể tồn tại lâu hơn chúng ta. Và nếu chúng ta không quan tâm đến hình dạng của nó-nếu chúng ta chỉ xem xét bản thân chiếc kính-thì nó cũng già gần bằng Trái đất. Ngay cả khi các lực vật lý phá vỡ nó thành bụi vô hình, thành phần hóa học của nó vẫn giữ nguyên. Nó vẫn là kính.