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La transición vítrea mágica: ¿Sabes cuál es la temperatura de transición vítrea?
En nuestra vida diaria, entramos en contacto con una variedad de materiales de vidrio, pero pocas personas piensan en la ciencia detrás de estos materiales. El vidrio es una sustancia distintiva con propiedades de transformación únicas, especialmente cuando cambia de un estado a otro. Este fenómeno se llama transferencia vítrea, o transición vítrea, y es un proceso gradual y reversible que se produce en materiales amorfos desde un estado "vítreo" duro y quebradizo a un estado viscoso a medida que aumenta la temperatura.
El proceso de transformación del vidrio es un fenómeno misterioso porque incluso en el rango de temperatura de hasta 500 K, esta transformación no causa cambios significativos en la estructura del material.
La temperatura de transición vítrea Tg es un parámetro importante que describe el rango de temperatura de esta transición. Esta temperatura es siempre inferior al punto de fusión Tm del estado cristalino porque el vidrio es esencialmente un estado de mayor energía. Muchos plásticos rígidos, como el poliestireno y el polimetacrilato de metilo, suelen tener una Tg de alrededor de 100 °C. Esto significa que permanecen sólidos por debajo de esta temperatura y se vuelven más blandos y flexibles por encima de esta temperatura.
La aplicación de elastómeros de caucho como el poliisopreno y el poliisobutileno es exactamente lo contrario. Estos materiales se utilizan en un estado por encima de su Tg, en el que parecen suaves y flexibles. Esta estructura reticulada impide el libre flujo de moléculas, por lo que el caucho puede mantener una forma fija a temperatura ambiente.
Aunque las propiedades físicas del vidrio cambian, la transición vítrea no se considera un cambio de fase, sino más bien un fenómeno dinámico que depende de la historia térmica.
En muchos materiales, cuando el proceso de congelación convencional se reemplaza por un enfriamiento rápido, se evita la transición de fase cristalina y se forma directamente el estado vítreo. Estos materiales tienen la capacidad de formar vidrio, es decir, la capacidad de permanecer en un estado amorfo cuando se enfrían rápidamente. Esta propiedad está relacionada con la composición del material y puede predecirse mediante la teoría de la rigidez. La siguiente pregunta es: ¿puede la estructura de un material que permanece en estado vítreo relajarse aún más con el tiempo?
El vidrio cambia de estructura lentamente dentro de su rango de transformación. Incluso a temperaturas más bajas, la configuración del vidrio será relativamente estable, mientras que la estructura de muchos materiales tenderá a un estado de equilibrio térmico después de una cierta cantidad de calentamiento o enfriamiento. Este proceso demuestra el principio básico de minimización de energía libre de Gibbs y proporciona una fuerza impulsora dinámica que permite que la estructura del vidrio cambie con el tiempo.
Muchos investigadores creen que el vidrio tiene un estado bloqueado dinámicamente en el que su entropía y densidad dependen de su historia térmica, y que este estado no alcanzará el equilibrio térmico.
Cuando se trata de transición vítrea, también existe la paradoja de Schrödinger, es decir, a medida que el líquido se sobreenfría, la diferencia de entropía entre la fase líquida y la fase sólida disminuye, y se puede deducir la temperatura cuando la diferencia de entropía es cero. Esta temperatura se denomina temperatura de Kauzmann. Esto llevó a la idea de que el líquido podría autocristalizarse antes de alcanzar esta temperatura. Las numerosas hipótesis que intentan explicar la paradoja de Kauzmann ofrecen diferentes perspectivas sobre la naturaleza de la transición vítrea.
Según investigaciones más recientes, la definición de temperatura de transición vítrea no es uniforme y se ve afectada por diferentes estándares. Los resultados pueden producir diferentes valores en diferentes circunstancias. Sin embargo, al realizar estas mediciones, la velocidad de enfriamiento o calentamiento puede afectar significativamente el valor de Tg medido. Explorar el fenómeno de la transición vítrea en interiores nos hace preguntarnos: ¿existe una forma más ingeniosa de comprender las razones subyacentes de este fenómeno?
