Milyen hatással lenne az emberekre egy lebegő szappandarab látványa? Alighanem sokan bűvészmutatványra gyanakodnának. Majdnem ösztönösen tudjuk, hogy a szilárd anyagok sűrűsége nagyobb, mint a gázoké. Azonban a kémikusok nem régen aerogélnek nevezett, a levegőnél is könnyebb szilárd anyagokat állítottak elő. Vajon miért ilyen könnyűek ezek a szilárd anyagok, hogyan készítik őket, és hogyan lehet őket használni a háztartásban?
Nemrég összefutottam egy angol nyelven hozzáférhető oldalon egy nagyon különleges tulajdonságokkal megáldott anyaggal, mégpedig az aerogéllel. Annyira felkeltette az érdeklődésemet, hogy jobbnak találtam, ha egy külön bejegyzést szentelek a rövid leírásának.
Az aerogél nagyon alacsony sűrűségű szilárd anyag, amely gélből származik, a folyékony komponenst gáznemű anyaggal cserélve ki. Az eddig ismert legalacsonyabb sűrűségű szilárd anyagnak tartják, amely számos különleges fizikai tulajdonsággal bír. Amikor megérintik, az aerogél a könnyű, de szilárd hab érzetét kelti. Neve ellenére száraz és fizikai tulajdonságai teljesen elütnek a gélekétől. Könnyű nyomás nem hagy rajta nyomot, erős nyomás azonban maradandó mélyedést képezhet rajta. Nagyon erős nyomásra struktúrája radikálisan reagál és az aerogél üvegként törik darabokra. Ez utóbbi tulajdonsága ellenére az aerogél strukturálisan rendkívül erős és saját súlyának kétezerszeresét is képes megtartani.
Az aerogél változatos feladatokra alkalmazható. Elterjedten használják őrlemény formájában nagy méretű tetőablakok és átlátszó épületelemek hőszigeteléséhez. Nagy energiájú lézerek elnyeletéséhez is használható. A nanostruktúra miatt tényleges felülete óriási, így katalizátorok hordozójaként és elnyelető anyagként is alkalmazható. Használják kozmetikumok és festékek sűrítőanyagaként. 2000 körül állítottak elő hajlékony aerogélt, mikor szálakat is kevertek az anyagba. Így alkalmazási területei még szélesebbek.
Tudjuk tehát, hogy mi az az aerogél, és azt is, hogy mire használják, de azt még nem, hogyan is állítható elő. Essünk tehát ezen is túl. Az aerogéleket a zselatinos édességekhez hasonlóan készítik. Amikor zselatinos édességet készítenek, a zselatint (egy állati fehérjét) feloldják meleg vízben, majd az oldatot lehűtik. A hűtés hatására a keverék gélnek nevezett rugalmas szilárd anyaggá válik. A gélt a fehérjét (zselatint) kaptárszerűen elhelyezkedő, vékony falú molekulái alkotják, a köztük lévő teret pedig víz tölti ki. Ha el lehet párologtatni a vizet az édességből, akkor csak a kaptárszerű fehérjehálózat marad vissza nagyon könnyű szilárd anyag formájában. Azonban a víz zselatinból való elpárologtatásakor a víz és a szilárd hálózat közötti erős vonzóerők miatt a hálózat általában összezsugorodik.
Az SEAgel fantázianevű aerogél úgy készül, hogy agaragart (élelmiszerek kezelésére használt, egyes tengeri algákból kinyert zselatinszerű anyag) víz és szerves oldószer elegyében oldják, majd lehűtik az oldatot. Hűtés után az anyag zselatinszerű lesz. Ugyancsak a zselatinhoz hasonló az, hogy ha ebből az anyagból próbálnák meg elpárologtatni a vizet, akkor az agar összezsugorodna. Azonban a gél fagyasztásos szárításnál nem zsugorodik. A fagyasztásos szárításnál a kémikusok először megfagyasztják a gélt, így rögzítik alakját, majd a fagyasztott gélt egy olyan készülékbe teszik, amely egy fagyasztó és vákuumedény keresztezése. A víz elpárolgása után az agar finom kaptárszerű szerkezetének lyukaiban levegő marad. A létrehozott anyagot pontosabb lenne habnak nevezni, azonban az aerogél név terjedt el leginkább.
A fentiek ismeretében hogyan is lehetséges a bejegyzés elején vázolt „bűvészmutatvány” kivitelezése? A SEAgel sűrűsége 1,5 g/L körül van, a szén-dioxid gázé pedig 1,9 g/L. Ez a sűrűségkülönbség lehetővé teszi az érdekes bemutató kísérlet elvégzését, amelyhez csak egy szappanméretű SEAgel, egy üvegkád és szén-dioxid gáz kell. Először is az üvegkádat félig meg kell tölteni szén-dioxiddal. A szén-dioxid nehezebb a levegőnél, ezért a levegőt kiszorítva az üvegkád alját tölti ki. Ezután a szappanméretű SEAgel darabot az üvegkádba dobva azt láthatjuk, hogy az nem esik le az aljára, hanem a szén-dioxid-réteg tetején úszik.
