Principio licuación
Física

Desvelado un principio fundamental del paso de sólido a líquido

Experimentos realizados por físicos en la Universidad de Pensilvania han mostrado explícitamente que un sólido empieza a fundirse a través de defectos dentro de la estructura cristalina de la materia sólida, comenzando a lo largo de las grietas, fronteras de los granos cristalinos y dislocaciones que están presentes en la, por otra parte, ordenada distribución de átomos.

La fusión es uno de los fenómenos más fundamentales en física y es una de las transiciones de fase más frecuentemente vistas en la vida diaria. Pero aún faltan por dilucidar importantes detalles sobre los mecanismos que conducen a que un simple y cotidiano cubito de hielo se derrita. Superficialmente, el principio es directo. Al calentarse, las moléculas dentro del hielo adquieren más energía y vibran más a su alrededor, impulsando la transición de un sólido a un líquido. Esto es verdad en parte, pero la realidad es más rica y compleja.

En este nuevo estudio, los físicos obtienen evidencias directas para una de las principales teorías de la fusión, la noción de que su comienzo o etapa previa a ésta ocurre en las imperfecciones en la estructura ordenada de los cristales sólidos. La etapa previa acontece en áreas donde la alineación de los átomos no es perfecta, sobre todo en los límites dentro de cristales.

Un problema de demostrar teorías sobre cómo las cosas se funden, es el tamaño; uno simplemente no puede ver los átomos en una estructura sólida cuando se funde. No sólo son los átomos muy pequeños, sino que la materia sólida tiende a oscurecer lo que sucede dentro. Para resolver estos problemas, los investigadores hicieron átomos más grandes.

Principio licuación
Proceso de fusión dentro de un cristal (Foto: University of Pennsylvania)
Crearon cristales translúcidos tridimensionales de esferas coloidales térmicamente sensibles. Las esferas son como cuentas pequeñas visibles en un microscopio óptico. Las esferas se hinchan o colapsan de modo significativo con cambios pequeños en la temperatura, y exhiben otras propiedades útiles que les permiten comportarse como versiones enormes de átomos para el propósito del experimento.

Cuando elevaban la temperatura del cristal de partículas coloidales, los investigadores podían registrar los cambios en su interior siguiendo los movimientos de muchas esferas individuales, usando un microscopio y una grabadora de video.

Al aumentar la temperatura, pudieron rastrear el movimiento vibratorio de las esferas. La fase previa de la fusión fue primero revelada como un aumento del movimiento a lo largo de las líneas de defectos en el cristal. Estos movimientos entonces se extendieron a las partes más ordenadas de éste. Pudieron ver que la cantidad de la prefusión dependía del tipo de defecto del cristal y de la distancia al defecto.

Los investigadores creen que estas observaciones llevarán a una comprensión mejor del proceso de fusión y permitirán hacer más predicciones cuantitativas de cómo una sustancia puede fundirse.
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