05 Leopoldo Garcia Colin Scherer Avances Recientes En La Transicion Vitrea
Páginas: 21 (5137 palabras)
Publicado: 19 de abril de 2015
AVANCES RECIENTES EN 1A TRANSICIÓN VITREA
LEOPOLDO GARCÍA-COLÍN S.*
Miembro de El Colegio Nacional
I. INTRODUCCIÓN
El estudio de la llamada transición vitrea, esto es, la formación de un
material vitreo a partir de un líquido viscoso o de un proceso equivalente, ha cobrado un enorme interés en los últimos veinte años. Esto no
es difícil de entender pues los vidrios son materiales de uso extensoque
cubre desde las ciencias ópticas hasta la industria de conservación de
alimentos y medicinas. En fechas muy recientes se ha descubierto que
algunos artrópodos, habitantes de zonas desérticas y conocidos como
tardígrados sobreviven al frío y a la sequía cubriéndose de una capa vitrea glucósida que, al hidratarse, les devuelve la motilidad. Los materiales poliméricos usados en la industria sonvidrios como lo son también muchos materiales volcánicos. También se ha descubierto que la
mayoría del agua en el universo (colas de cometas) se encuentra en la
fase vitrea. Estos hechos aunados a las múltiples formas que se conocen
para fabricar un vidrio (el espejo del telescopio de Monte Palomar se
fabricó por condensación del vapor de óxido de silicio) [1] ha llevado a
los expertos a modificary ampliar la definición de vidrio. En efecto, las
más usuales son:
American Society of Testing Materials (ASTM); producto inorgánico
de la fusión que se enfría en condiciones adecuadas sin cristalizar (mayoría de vidrios inorgánicos).
Tammann: Líquido sobre enfriado que a una cierta temperatura Tg
alcanza una viscosidad de ÍO1^ poise. Recordemos que
(!?££'= 0.01 poiae.
*Departamento de Física,UAM-Iztapalapa 09340 México D. F., México.
93
Angelí (y otros): Vidrio es un líquido que ha perdido su capacidad
para fluir (en lugar de tomar la forma del contenedor sirve como tal
para líquidos ordinarios). Hay que hacer notar sin embargo, que líquido y vidrio son estructuralmente indistinguibles.
Di Marzio et al [2]: (quizás la definición más precisa). Vidrio es un
material que se presentacomo un líquido a temperaturas altas y cuyas
propiedades termodinámicas extensivas, volumen V, entropía S, entalpia Hse desvían de sus valores de equilibrio a medida que disminuimos
la temperatura más allá de un valor Tg que depende de la rapidez de
enfriamiento. AT>Tg los tiempos de relajación asociados con la viscosidad son menores que la escala de tiempos experimentales, en tanto que
3. T
que no haya cambios en la simetría espacial cuando se pasa por Tg.
Estas definiciones plantean algunas preguntas cruciales que toda
teoría sobre la transición vitrea debe responder:
I): El retardamiento dramático en el movimiento difusivo de las partículas cuando T-¿>Tg
II): Porque los vidrios no forman un material cristalino ordenado en
algún punto de fusión bien definido.
III) Cuales son las ecuaciones de estado V=V (T, p), S=S (T, p), etc.
para T>Tg.
IV): Para una rapidez de enfriamiento dada, ¿por qué ocurre la transición vitrea a una temperatura 7^-y no a otra? (Frederickson [3]).
V): ¿Cuáles son las propiedades termodinámicas para T« Tg donde
los tiemposde relajación para la difusión de moléculas son tan largos
que algunos grados de libertad se congelan y sólo ocurren movimientos
oscilatorios? Se sabe experimentalmente que un vidrio se comporta
como un sólido elástico.
VI) ¿Cuál es la viscosidad r\ (tí), T, p) donde (O es la frecuencia? y
D (co, T,p)7 La. relación de Einstein
D(T)=
k T
». .
(1)
deja de ser válida si T—Tg. En la ecuación (1)kB es la constante de
Boltzmann y b el radio de la partícula. Se sabe del experimento que
£>exp (T)>W(T), al menos [4].
94
VII): La solución a la paradoja de Kauzmann que discutiremos más
adelante, inexistente hoy en día, debe tomarse como un criterio para
que la "ciencia de los vidrios" alcance su estado de madurez.
Estas y otras cuestiones que aparecerán después muestran claramente
por qué...
LEOPOLDO GARCÍA-COLÍN S.*
Miembro de El Colegio Nacional
I. INTRODUCCIÓN
El estudio de la llamada transición vitrea, esto es, la formación de un
material vitreo a partir de un líquido viscoso o de un proceso equivalente, ha cobrado un enorme interés en los últimos veinte años. Esto no
es difícil de entender pues los vidrios son materiales de uso extensoque
cubre desde las ciencias ópticas hasta la industria de conservación de
alimentos y medicinas. En fechas muy recientes se ha descubierto que
algunos artrópodos, habitantes de zonas desérticas y conocidos como
tardígrados sobreviven al frío y a la sequía cubriéndose de una capa vitrea glucósida que, al hidratarse, les devuelve la motilidad. Los materiales poliméricos usados en la industria sonvidrios como lo son también muchos materiales volcánicos. También se ha descubierto que la
mayoría del agua en el universo (colas de cometas) se encuentra en la
fase vitrea. Estos hechos aunados a las múltiples formas que se conocen
para fabricar un vidrio (el espejo del telescopio de Monte Palomar se
fabricó por condensación del vapor de óxido de silicio) [1] ha llevado a
los expertos a modificary ampliar la definición de vidrio. En efecto, las
más usuales son:
American Society of Testing Materials (ASTM); producto inorgánico
de la fusión que se enfría en condiciones adecuadas sin cristalizar (mayoría de vidrios inorgánicos).
Tammann: Líquido sobre enfriado que a una cierta temperatura Tg
alcanza una viscosidad de ÍO1^ poise. Recordemos que
(!?££'= 0.01 poiae.
*Departamento de Física,UAM-Iztapalapa 09340 México D. F., México.
93
Angelí (y otros): Vidrio es un líquido que ha perdido su capacidad
para fluir (en lugar de tomar la forma del contenedor sirve como tal
para líquidos ordinarios). Hay que hacer notar sin embargo, que líquido y vidrio son estructuralmente indistinguibles.
Di Marzio et al [2]: (quizás la definición más precisa). Vidrio es un
material que se presentacomo un líquido a temperaturas altas y cuyas
propiedades termodinámicas extensivas, volumen V, entropía S, entalpia Hse desvían de sus valores de equilibrio a medida que disminuimos
la temperatura más allá de un valor Tg que depende de la rapidez de
enfriamiento. AT>Tg los tiempos de relajación asociados con la viscosidad son menores que la escala de tiempos experimentales, en tanto que
3. T
que no haya cambios en la simetría espacial cuando se pasa por Tg.
Estas definiciones plantean algunas preguntas cruciales que toda
teoría sobre la transición vitrea debe responder:
I): El retardamiento dramático en el movimiento difusivo de las partículas cuando T-¿>Tg
II): Porque los vidrios no forman un material cristalino ordenado en
algún punto de fusión bien definido.
III) Cuales son las ecuaciones de estado V=V (T, p), S=S (T, p), etc.
para T>Tg.
IV): Para una rapidez de enfriamiento dada, ¿por qué ocurre la transición vitrea a una temperatura 7^-y no a otra? (Frederickson [3]).
V): ¿Cuáles son las propiedades termodinámicas para T« Tg donde
los tiemposde relajación para la difusión de moléculas son tan largos
que algunos grados de libertad se congelan y sólo ocurren movimientos
oscilatorios? Se sabe experimentalmente que un vidrio se comporta
como un sólido elástico.
VI) ¿Cuál es la viscosidad r\ (tí), T, p) donde (O es la frecuencia? y
D (co, T,p)7 La. relación de Einstein
D(T)=
k T
». .
(1)
deja de ser válida si T—Tg. En la ecuación (1)kB es la constante de
Boltzmann y b el radio de la partícula. Se sabe del experimento que
£>exp (T)>W(T), al menos [4].
94
VII): La solución a la paradoja de Kauzmann que discutiremos más
adelante, inexistente hoy en día, debe tomarse como un criterio para
que la "ciencia de los vidrios" alcance su estado de madurez.
Estas y otras cuestiones que aparecerán después muestran claramente
por qué...
Leer documento completo
Regístrate para leer el documento completo.