U mom djetinjstvu bio je jako popularan srpski komičar Miodrag Petrović Čkalja. Jednom ga u televizijskoj komediji upitaše, na ispitu, da li se grijanjem tvari stežu ili rastežu, a on kao iz topa da se stežu. Kako to? Primjer za to je, kaže, pečenje čvaraka.

U školi se, naravno, uči obratno: tvari se, posebice krutine, povišenjem temperature rastežu, a snižavanjem stežu. Zato se između željezničkih tračnica ostavljaju razmaci, električni vodovi na dalekovodima nikad se ne zatežu do kraja, pri gradnji mosta se pazi na to da mu se omogući promjena duljine itd. Na tom principu, na principu toplinskog širenja radi i termometar, bilo da je punjen živom ili alkoholom. No nije sve tako jednostavno kako se u školi uči. Volumen vode se u rasponu temperature od 0 do 4 ^oC zagrijavanjem smanjuje, a u rasponu od 4 do 100 ^oC povećava. Neki se metali šire više, a drugi manje promjenom temperature – na tome se, između ostalog, temelje bimetalni prekidači.

No dok smo se mi šezdesetih godina smijali Čkalji i njegovim čvarcima, znanstvenici su otkrili upravo to (samo malo drugačije), naime da postoje tvari koje se djelovanjem svjetlosti skupljaju, koje smanjuju volumen kada se osvijetle. To su bili germanijski poluvodiči. Stoga bismo za rad kineskih znanstvenika „Discovery of photoinduced bidirectional shape deformation in inorganic solid“, što je objavljen u časopisu Matter, rekli da nije nikakvo „otkriće“ (discovery), kad ne bi bilo da se njihov materijal djelovanjem svjetlosti i steže i širi („bidirectional shape deformation“), ovisno o njezinom intenzitetu: pri većem se intenzitetu skuplja, a pri manjem širi!

Ako se naime uzorak „anorganske krutine“ (inorganic solid) obasja laserskom zrakom (valne duljine 405 nm) intenziteta 3,3 kW/m², on će se produžiti za 0,015 %, da bi se nakon toga smanjio za 0,3 % ako se obasja istom valnom duljinom zračenja, ali sedam puta većeg intenziteta (22,3 kW/m²). Slični su rezultati dobiveni i s laserom s emisijom zračenja valne duljine 520 nm. U tom je slučaju smanjeno rastezanje (na 0,014 %) ali je povećano stezanje (na 0,45 %), no uz znatno veće ozračenje (15,6 kW/m² pri rastezanju i 44,1 kW/m² pri stezanju). Odakle sve to?

Sve to potječe dakako od svojstava „čudesne“ krutine, koja je, čini se, tako tajnovita da joj se ni ime ne spominje u naslovu. Riječ je međutim o običnom anorganskom spoju, olovnom ortovanadatu, Pb₃(VO₄)₂ ili PVO, koji se – između ostalog – pojavljuje i u obliku minerala vanadinita (no tada uz primjesu kloridnih iona). To je sol olova, Pb, s hipotetskom ortovandijskom kiselinom, H₃VO₄. Kažem „hipotetskom“ jer ta kiselina nije nikad izolirana iako su poznate njezine soli. I da još malo ostanemo na polju čiste kemije, recimo i to da je rečeni spoj olova i vanadija lijep primjer kako metali (u ovom slučaju vanadij) mogu biti i nemetali, dakle kemijski elementi čiji oksidi grade kiseline.

Kad kažem „sol“ opet sam se malo udaljio od svakodnevnog značenja riječi, jer nije riječ ni o čemu nalik na kuhinjsku sol (NaCl), niti na njoj slične tvari, kao što su magnezijev klorid ili natrijev sulfat. PVO je keramički materijal koji se, kao i svaka druga keramika, dobiva pečenjem, u ovom slučaju olovnog i vanadijevog oksida na temperaturi od 600 ^oC. Njegova se kristalna struktura sastoji od slojeva tetraedara ortovanadatnih iona (VO₄^3-) između kojih se nalaze međuslojevi iona dvovalentnog olova, Pb²⁺. Ono što povezuje atome vanadija i olova su atomi kisika, pa prilikom osvjetljavanja dolazi do slabljenja ili jačanja veza Pb-O i V-O, a uslijed toga do približavanja ili udaljavanja atoma Pb uz rotaciju tetraedara VO₄. No da sve ne bude tako jednostavno, pri tom pretumbavanju atoma mijenja se kristalna struktura (simetrija), naime γ-faza prelazi u β-fazu, a potom u α-fazu. Upravo je razjašnjenje mehanizma smanjenja i povećanja volumena PVO djelovanjem svjetlosnog zračenja najvažniji znanstveni doprinos kineskih znanstvenika. Ono će otvoriti put sintezi sličnih materijala, koji će se upotrebljavati – najvažnije pitanje – za što?

Za izradu aktuatora, najjednostavnijih motora – spravica za dobivanje mehaničke energije  iz njezinih drugih oblika. Stoga je jasna i primjena nove keramike: ona će se ugrađivati u mikrorobote i slične uređaje. Zahvaljujući otpomehaničkom djelovanju keramike mikroroboti se ne bi pokretali iznutra (baterijom) nego izvana – zrakama svjetlosti.

Nenad Raos je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, koji je radio do umirovljenja 2016. godine u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI). Autor je i koautor oko 200 znanstvenih i stručnih radova iz područja teorijske (računalne) kemije, kemije kompleksnih spojeva, bioanorganske kemije, povijesti kemije i komunikacijskih vještina u znanosti. Bio je pročelnik Sekcije za izobrazbu Hrvatskog kemijskog društva, glavni urednik Prirode te urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji; član je društva ProGeo-Hrvatska i Odjela za prirodoslovlje i matematiku Matice hrvatske. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Autor je 15 znanstveno-popularnih knjiga, posljednje dvije su „Kemija – muza arhitekture“ (u koautorstvu sa Zvonkom Pađanom) i „Kemičar u kući – kemija svakodnevnog života“.