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Transición Vítrea

La transición vítreo-líquido, o transición vítrea, es la transición gradual y reversible en materiales amorfos (o en regiones amorfas dentro de materiales semicristalinos), desde un estado "vítreo" duro y relativamente quebradizo a un estado viscoso o gomoso a medida que aumenta la temperatura[1]​ Un sólido amorfo que muestra una transición vítrea se llama vidrio. La transición inversa, que se logra al enfriar demasiado un líquido viscoso en el estado de vidrio, se llama vitrificación.

La temperatura de transición vítrea Tg de un material caracteriza el rango de temperaturas en el que se produce esta transición vítrea. Siempre es más baja que la temperatura de fusión, Tm, del estado cristalino del material, si existe.

Los plásticos duros como el poliestireno y el poli (metacrilato de metilo) se usan muy por debajo de sus temperaturas de transición vítrea, es decir, cuando están en su estado vítreo. Sus valores de Tg están muy por encima de la temperatura ambiente, ambos a unos 100 °C (212 °F). Los elastómeros de caucho como el poliisopreno y el poliisobutileno se utilizan por encima de su Tg, es decir, en el estado gomoso, donde son suaves y flexibles.[2]

A pesar del cambio en las propiedades físicas de un material a través de su transición vítrea, la transición no se considera una transición de fase; más bien es un fenómeno que se extiende sobre un rango de temperatura y está definido por una de varias convenciones.[3][4]​ Dichas convenciones incluyen una velocidad de enfriamiento constante (20 kelvins por minuto (36 °F/min)).[1]​ y un umbral de viscosidad de 1012 Pa · s, entre otros. Al enfriarse o calentarse a través de este rango de transición vítrea, el material también muestra un paso suave en el coeficiente de expansión térmica y en el calor específico, y la ubicación de estos efectos depende nuevamente de la historia del material.[5]​ La cuestión de si alguna transición de fase subyace a la transición vítrea es una cuestión de investigación continua.[3][4][6]

Definición de IUPAC

Transición vítrea (en la ciencia de los polímeros): Proceso en el que un polímero fundido cambia al enfriarse a un vidrio polimérico o un vidrio polimérico cambia al calentarse a un polímero fundido.[7]​ Note 1: Los fenómenos que se producen en la transición vítrea de los polímeros siguen siendo objeto de investigación y debate científicos en curso. La transición vítrea presenta características de una transición de segundo orden ya que los estudios térmicos a menudo indican que las energías molares de Gibbs, las entalpías molares y los volúmenes molares de las dos fases, es decir, el fundido y el vidrio, son iguales, mientras que la capacidad de calor y la expansividad son discontinuas. Sin embargo, la transición vítrea no se considera generalmente como una transición termodinámica en vista de la dificultad inherente para alcanzar el equilibrio en un vidrio polimérico o en un polímero fundido a temperaturas cercanas a la temperatura de transición vítrea.

Note 2: En el caso de los polímeros, los cambios de conformación de los segmentos, que consisten normalmente en 10-20 átomos de la cadena principal, se vuelven infinitamente lentos por debajo de la temperatura de transición vítrea.

Note 3: En un polímero parcialmente cristalino, la transición vítrea se produce sólo en las partes amorfas. del material.

Note 4: La definición es diferente a la de ref.[8]

Note 5: No se recomienda el término comúnmente utilizado "transición vítreo-goma" para la transición vítrea.[9]

Introducción

La transición vítrea de un líquido a un estado sólido puede ocurrir por enfriamiento o compresión.[10]​ La transición comprende un aumento suave de la viscosidad de un material en hasta 17 órdenes de magnitud dentro de un rango de temperatura de 500 K sin ningún cambio pronunciado en la estructura del materia.[11]​ La consecuencia de este aumento dramático es un vidrio que exhibe propiedades mecánicas sólidas en la escala de tiempo de la observación práctica. Esta transición contrasta con la transición de congelación o cristalización, que es una transición de fase de primer orden en la clasificación de Ehrenfest e implica discontinuidades en las propiedades termodinámicas y dinámicas como el volumen, la energía y la viscosidad. En muchos materiales que normalmente se someten a una transición de congelación, el enfriamiento rápido evitará esta transición de fase y en cambio dará como resultado una transición de vidrio a una temperatura más baja. Otros materiales, como muchos polímeros, carecen de un estado cristalino bien definido y forman vidrios fácilmente, incluso con enfriamiento o compresión muy lentos. La tendencia a que un material forme un vidrio mientras está apagado se llama capacidad de formación de vidrio. Esta capacidad depende de la composición del material y puede predecirse mediante la teoría de la rigidez.[12]

Por debajo del rango de temperatura de transición, la estructura vítrea no se relaja de acuerdo con la velocidad de enfriamiento utilizada. El coeficiente de expansión para el estado vítreo es aproximadamente equivalente al del sólido cristalino. Si se utilizan velocidades de enfriamiento más lentas, el mayor tiempo para que ocurra la relajación estructural (o la reorganización intermolecular) puede dar lugar a un producto de vidrio de mayor densidad. De manera similar, al recocer (y por lo tanto permitir una relajación estructural lenta), la estructura de vidrio se aproxima en el tiempo a una densidad de equilibrio correspondiente al líquido sobreenfriado a esta misma temperatura. Tg se encuentra en la intersección entre la curva de enfriamiento (volumen versus temperatura) para el estado vítreo y el líquido sobreenfriado.[13][14][15][16][17]

La configuración del vidrio en este rango de temperatura cambia lentamente con el tiempo hacia la estructura de equilibrio. El principio de la minimización de la energía libre de Gibbs proporciona la fuerza de conducción termodinámica necesaria para el cambio eventual. Cabe señalar aquí que a temperaturas algo más altas que la Tg, la estructura correspondiente al equilibrio a cualquier temperatura se logra con bastante rapidez. En contraste, a temperaturas considerablemente más bajas, la configuración del vidrio permanece sensiblemente estable durante períodos de tiempo cada vez más prolongados.

Por lo tanto, la transición líquido-vidrio no es una transición entre estados de equilibrio termodinámico. Se cree ampliamente que el verdadero estado de equilibrio es siempre cristalino. Se cree que el vidrio existe en un estado cinéticamente cerrado, y su entropía, densidad, etc., dependen de la historia térmica. Por lo tanto, la transición vítrea es ante todo un fenómeno dinámico. El tiempo y la temperatura son cantidades intercambiables (en cierta medida) cuando se trata de vidrios, un hecho que a menudo se expresa en el principio de superposición tiempo-temperatura. Al enfriar un líquido, los grados internos de libertad se desequilibran sucesivamente. Sin embargo, existe un debate de larga data sobre si existe una transición de fase de segundo orden subyacente en el límite hipotético de tiempos de relajación infinitamente largos.[18][19][20]

Temperatura de transición Tg

 
Medida de Tg (la temperatura en el punto A) por calorimetría de barrido diferencial
 
Determinación de Tg por dilatometría.

Consulte la figura de la derecha que representa la capacidad calorífica en función de la temperatura. En este contexto, Tg es la temperatura correspondiente al punto A en la curva. Las secciones lineales debajo y arriba de Tg son de color verde. Tg es la temperatura en la intersección de las líneas de regresión rojas.[21]

Se están utilizando diferentes definiciones operativas de la temperatura de transición vítrea Tg, y varias de ellas están aprobadas como estándares científicos aceptados. Sin embargo, todas las definiciones son arbitrarias, y todas producen resultados numéricos diferentes: en el mejor de los casos, los valores de Tg para una sustancia determinada concuerdan dentro de unos pocos kelvins. Una definición se refiere a la viscosidad, fijando Tg en un valor de 1013 poises (o 1012 Pa·s). Como se demostró experimentalmente, este valor está cerca del punto de recocido de muchos vidrios.[22]

En contraste con la viscosidad, la expansión térmica, la capacidad térmica, el módulo de corte y muchas otras propiedades de los vidrios inorgánicos muestran un cambio relativamente repentino a la temperatura de transición vítrea. Cualquiera de estos pasos o torceduras se pueden utilizar para definir Tg. Para que esta definición sea reproducible, se debe especificar la velocidad de enfriamiento o calentamiento.

La definición más utilizada de Tg utiliza la liberación de energía al calentar en un calorímetro diferencial de barrido. Normalmente, la muestra se enfría primero a 10 K/min y luego se calienta a esa misma velocidad.

Otra definición más de Tg usa la torsión en la dilatometría (expansión térmica). Aquí, las tasas de calentamiento de 3–5 K/min (5.4–9.0 ° F/min) son comunes. A continuación se resumen los valores de Tg característicos de ciertas clases de materiales.

Polímeros

Material Tg (°C) Nombre comercial
Goma de neumático -70°C [23]
Polifluoruro de vinilideno (PVDF) -35°C[24]
Polipropileno (PP atáctico) -20°C[25]
Fluoruro de polivinilo (PVF) -20°C[24]
Polipropileno (PP isotáctico) 0°C[25]
Poli-3-hidroxibutirato (PHB) 15°C[25]
Poli(Acetato de vinilo) (PVAc) 30°C[25]
Policlorotrifluoroetileno (PCTFE) 45°C[24]
Poliamida (PA) 47-60°C Nylon-6,x
Ácido Politáctico (PLA) 60-65°C
Tereftalato de polietileno (PET) 70°C[25]
Poli(Cloruro de vinilo) (PVC) 80°C[25]
Poli(Alcohol de vinilo) (PVA) 85°C[25]
Poliestireno (PS) 95°C[25]
Poly(Metacrilato de metilo) (PMMA atactic) 105°C[25] Plexiglas, Perspex
Acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) 105°C[26]
Politetrafluoroetileno (PTFE) 115°C[27] Teflón
Poli(Carbonato) (PC) 145°C[25] Lexan
Polisulfona 185°C
Polinorborneno 215°C[25]

El nylon-6 seco tiene una temperatura de transición vítrea de 47 ° C (117 ° F).[28]​ El nylon-6,6 en estado seco tiene una temperatura de transición vítrea de aproximadamente 70 ° C (158 ° F).[29][30]​Mientras que el polietileno tiene un rango de transición vítrea de −130 - −80 ° C (−202 - −112 ° F) [31]​Lo anterior son solo valores medios, ya que la temperatura de transición vítrea depende de la velocidad de enfriamiento y la distribución de pesos moleculares y podría Estar influenciado por los aditivos. Para un material semicristalino, como el polietileno que es 60–80% cristalino a temperatura ambiente, la transición vítrea citada se refiere a lo que sucede con la parte amorfa del material al enfriarse.

Silicatos y otros vidrios de red covalentes

Material Tg (°C)
Calcogenuro GeSbTe 150°C[32]
Calcogenuro AsGeSeTe 245°C
ZBLAN Vidrio de fluoruro 235°C
Dióxido de telurio 280°C
Fluoroaluminato 400°C
Vidrio común 520-600°C
Cuarzo fusionado (aproximado) 1200°C[33]

Paradoja de Kauzmann

A medida que se sobre enfría el líquido, la diferencia en la entropía entre la fase líquida y la sólida disminuye. Al extrapolar la capacidad térmica del líquido subenfriado por debajo de su temperatura de transición vítrea, es posible calcular la temperatura a la cual la diferencia en entropías se vuelve cero. Esta temperatura ha sido nombrada la temperatura de Kauzmann.

Si un líquido pudiera subenfriarse por debajo de la temperatura de Kauzmann y mostrara una entropía más baja que la fase cristalina, las consecuencias serían paradójicas. Esta paradoja de Kauzmann ha sido objeto de mucho debate y muchas publicaciones desde que Walter Kauzmann la presentó por primera vez en 1948.[34]

Una resolución de la paradoja de Kauzmann es decir que debe haber una transición de fase antes de que disminuya la entropía del líquido. En este escenario, la temperatura de transición se conoce como temperatura de transición vítrea ideal calorimétrica T0c. Según este punto de vista, la transición vítrea no es simplemente un efecto cinético, es decir, es el resultado del enfriamiento rápido de una masa fundida, sino que existe una base termodinámica subyacente para la formación de vidrio. La temperatura de transición vítrea:

 

El modelo de Gibbs-DiMarzio predice específicamente que la entropía configuracional de un líquido subenfriado desaparece en el límite  , donde finaliza el régimen de existencia del líquido, su microestructura se vuelve idéntica a la del cristal, y sus curvas de propiedad se intersecan en una verdadera transición de fase de segundo orden. Esto nunca se ha verificado experimentalmente debido a la dificultad de lograr una velocidad de enfriamiento lo suficientemente lenta, al tiempo que se evita la cristalización accidental.

Resoluciones alternativas

Hay al menos otras tres posibles soluciones a la paradoja de Kauzmann. Podría ser que la capacidad de calor del líquido subenfriado cerca de la temperatura de Kauzmann disminuya suavemente a un valor más pequeño. También podría ser que se produzca una transición de fase de primer orden a otro estado líquido antes de que la temperatura de Kauzmann sea inferior a la capacidad calorífica de este nuevo estado que la obtenida por extrapolación de una temperatura más alta. Finalmente, el propio Kauzmann resolvió la paradoja de la entropía al postular que todos los líquidos sobreenfriados deben cristalizar antes de que se alcance la temperatura de Kauzmann.

En materiales concretos

Sílice, SiO2

La sílice (el compuesto químico SiO2) tiene varias formas cristalinas distintas además de la estructura de cuarzo. Casi todas las formas cristalinas implican unidades tetraédricas de SiO4 unidas entre sí por vértices compartidos en diferentes disposiciones. Las longitudes de los enlaces Si-O varían entre las diferentes formas de cristal. Por ejemplo, en α-cuarzo, la longitud del enlace es de 161 picómetros (6.3 × 10−9 pulgadas), mientras que en α-tridimita varía de 154–171 pm (6.1 × 10−9–6.7 × 10−9 pulgadas). El ángulo de enlace Si-O-Si también varía de 140° en α-tridimita a 144° en α-cuarzo a 180° en β-tridimita. Cualquier desviación de estos parámetros estándar constituye diferencias microestructurales o variaciones que representan una aproximación a un sólido vítreo o amorfo. La temperatura de transición Tg en los silicatos está relacionada con la energía requerida para romper y volver a formar enlaces covalentes en una red de enlaces covalentes amorfa(o red aleatoria). La Tg está claramente influenciada por la química del vidrio. Por ejemplo, la adición de elementos como B, Na, K o Ca a un vidrio de sílice, que tiene una valencia inferior a 4, ayuda a romper la estructura de la red, reduciendo así la Tg. Alternativamente, P, que tiene una valencia de 5, ayuda a reforzar una red ordenada, y por lo tanto aumenta la Tg.[35]

La Tg es directamente proporcional a la resistencia de la unión, por ejemplo. depende de los parámetros termodinámicos de los enlaces de casi equilibrio, p. ej. en la entalpía Hd y entropía Sd de configuraciones - enlaces rotos: Tg = Hd / [Sd + Rln [(1-fc) / fc] donde R es la constante de los gases y fc es el umbral de percolación. Para fundiciones fuertes como el SiO2, el umbral de percolación en la ecuación anterior es la densidad crítica universal de Scher-Zallen en el espacio 3D, por ej. fc = 0.15, sin embargo, para los materiales frágiles, los umbrales de percolación dependen del material y fc << 1.[36]​ La entalpía y la entropía de las configuraciones - los enlaces rotos se pueden encontrar a partir de los datos experimentales disponibles sobre la viscosidad.[37]

 
En el planchado, una tela se calienta a través de la transición vidrio-goma.

Polímeros

En los polímeros, la temperatura de transición vítrea, Tg, a menudo se expresa como la temperatura a la cual la energía libre de Gibbs es tal que la energía de activación para el movimiento cooperativo de 50 o más elementos del polímero se excede. Esto permite que las cadenas moleculares se deslicen unas sobre otras cuando se aplica una fuerza. La introducción de grupos químicos relativamente rígidos (como los anillos de benceno) interferirá con el proceso de flujo y, por lo tanto, aumentará la Tg.[38]​ La rigidez de los termoplásticos disminuye debido a este efecto. Cuando se alcanza la temperatura del vidrio, la rigidez permanece igual durante un tiempo, es decir, en o cerca de E2, hasta que la temperatura supera la Tm, y el material se derrite. Esta región se llama la meseta del caucho.

En el planchado, un tejido se calienta a través de esta transición para que las cadenas de polímero se vuelvan móviles. El peso del hierro impone entonces una orientación preferida. La Tg puede reducirse significativamente mediante la adición de plastificantes en la matriz del polímero. Las moléculas más pequeñas de plastificante se insertan entre las cadenas de polímero, lo que aumenta el espacio y el volumen libre, y les permite moverse una a la otra incluso a temperaturas más bajas. La adición de grupos laterales no reactivos a un polímero también puede hacer que las cadenas se separen entre sí, reduciendo la Tg. Si un plástico con algunas propiedades deseables tiene una Tg que es demasiado alta, a veces se puede combinar con otra en un copolímero o material compuesto con una Tg por debajo de la temperatura del uso previsto. Tenga en cuenta que algunos plásticos se utilizan a altas temperaturas, por ejemplo, en motores de automóviles, y otros a bajas temperaturas.[25]

 
Rigidez frente a la temperatura.

En los materiales viscoelásticos, la presencia de un comportamiento similar al líquido depende de las propiedades y, por lo tanto, varía con la velocidad de la carga aplicada, es decir, con qué rapidez se aplica una fuerza. El juguete de silicona Silly Putty se comporta de manera muy diferente en función del tiempo de aplicación de una fuerza: tire lentamente y fluye, actuando como un líquido muy viscoso; Golpéalo con un martillo y se rompe, actuando como un vidrio.

Al enfriarse, el caucho experimenta una transición de líquido-vidrio, que también se conoce como transición de caucho-vidrio.

Mecánica de vitrificación

El movimiento molecular en la materia condensada se puede representar mediante una serie de Fourier cuya interpretación física consiste en una superposición de ondas longitudinales y transversales de desplazamiento atómico con diferentes direcciones y longitudes de onda. En los sistemas monatómicos, estas ondas se denominan fluctuaciones de densidad. (En los sistemas poliatómicos, también pueden incluir fluctuaciones de composición).[39]

Por lo tanto, el movimiento térmico en líquidos se puede descomponer en vibraciones longitudinales elementales (o fonones acústicos), mientras que las vibraciones transversales (u ondas de corte) se describieron originalmente solo en sólidos elásticos que exhiben el estado cristalino altamente ordenado de la materia. En otras palabras, los líquidos simples no pueden soportar una fuerza aplicada en forma de esfuerzo de cizallamiento y producirán mecánicamente a través de la deformación plástica macroscópica (o flujo viscoso). Además, el hecho de que un sólido se deforme localmente mientras retiene su rigidez, mientras que un líquido cede al flujo viscoso macroscópico en respuesta a la aplicación de una fuerza de cizallamiento aplicada, es aceptado por muchos como la distinción mecánica entre los dos.[40][41]

Las deficiencias de esta conclusión, sin embargo, fueron señaladas por Frenkel en su revisión de la teoría cinética de los sólidos y la teoría de la elasticidad en los líquidos. Esta revisión se deriva directamente de la característica continua de la transición estructural del estado líquido al sólido cuando esta transición no está acompañada por la cristalización, por lo que se trata del líquido viscoso sobreenfriado. Así vemos la íntima correlación entre los fonones acústicos transversales (u ondas de corte) y el inicio de la rigidez en la vitrificación, como lo describe Bartenev en su descripción mecánica del proceso de vitrificación.[42][43]

Las velocidades de los fonones acústicos longitudinales en la materia condensada son directamente responsables de la conductividad térmica que nivela los diferenciales de temperatura entre los elementos de volumen comprimidos y expandidos. Kittel propuso que el comportamiento de los vidrios se interpreta en términos de una "trayectoria libre media" aproximadamente constante para los fonones, y que el valor de la trayectoria libre media es del orden de magnitud de la escala de desorden en la estructura molecular de un líquido o un sólido. El promedio térmico de las rutas libres o las longitudes de relajación de varios formadores de vidrio se han trazado en función de la temperatura de transición vítrea, lo que indica una relación lineal entre los dos. Esto ha sugerido un nuevo criterio para la formación de vidrio basado en el valor de la trayectoria libre media del fonón.[44]

A menudo se ha sugerido que el transporte de calor en sólidos dieléctricos se produce a través de las vibraciones elásticas de la red, y que este transporte está limitado por la dispersión elástica de los fonones acústicos por los defectos de la red (por ejemplo, vacantes espaciadas al azar).[45]​ Estas predicciones se confirmaron mediante experimentos en vidrios comerciales y vitrocerámicos, donde las rutas libres medias aparentemente estaban limitadas por la "dispersión del límite interno" a escalas de longitud de 10 a 100 micrómetros (0.00039-0.00394 pulgadas).[46][47]​ La relación entre estas ondas transversales y el mecanismo de vitrificación ha sido descrita por varios autores que propusieron que el inicio de las correlaciones entre dichos fonones da como resultado un ordenamiento o "congelación" de las tensiones de corte locales en los líquidos que forman vidrio, lo que produce la transición vítrea.[48]

Estructura electrónica

La influencia de los fonones térmicos y su interacción con la estructura electrónica es un tema que se introdujo adecuadamente en una discusión sobre la resistencia de los metales líquidos. Se hace referencia a la teoría de la fusión de Lindemann, y se sugiere que la caída de la conductividad al pasar del estado cristalino al líquido se debe a la mayor dispersión de los electrones de conducción como resultado de la mayor amplitud de la vibración atómica. Estas teorías de localización se han aplicado al transporte en vidrios metálicos, donde la trayectoria libre media de los electrones es muy pequeña (en el orden del espaciado interatómico).[49][50]

La formación de una forma no cristalina de una aleación de oro-silicio por el método de extinción de partículas a partir de la fusión llevó a consideraciones adicionales sobre la influencia de la estructura electrónica en la capacidad de formación de vidrio, basada en las propiedades del enlace metálico.[51][52][53][54][55]

Otro trabajo indica que la movilidad de los electrones localizados se ve aumentada por la presencia de modos de fonones dinámicos. Una observación contra tal modelo es que si los enlaces químicos son importantes, los modelos de electrones casi libres no deberían ser aplicables. Sin embargo, si el modelo incluye la acumulación de una distribución de carga entre todos los pares de átomos al igual que un enlace químico (por ejemplo, silicio, cuando una banda está llena de electrones), entonces debería aplicarse a los sólidos.[56]

Por lo tanto, si la conductividad eléctrica es baja, la trayectoria libre media de los electrones es muy corta. Los electrones solo serán sensibles al orden de corto alcance en el vidrio, ya que no tienen la oportunidad de dispersarse de los átomos espaciados a grandes distancias. Dado que el orden de corto alcance es similar en vidrios y cristales, las energías electrónicas deberían ser similares en estos dos estados. Para las aleaciones con menor resistividad y rutas electrónicas más largas y sin medios, los electrones podrían comenzar a sentir que hay un desorden en el vidrio, y esto elevaría sus energías y desestabilizaría el vidrio con respecto a la cristalización. Por lo tanto, las tendencias de formación de vidrio de ciertas aleaciones pueden deberse, en parte, al hecho de que las trayectorias libres del electrón son muy cortas, de modo que solo el orden de corto alcance es siempre importante para la energía de los electrones.

También se ha argumentado que la formación de vidrio en sistemas metálicos se relaciona con la "suavidad" del potencial de interacción entre átomos diferentes. Algunos autores, que enfatizan las fuertes similitudes entre la estructura local del vidrio y el cristal correspondiente, sugieren que el enlace químico ayuda a estabilizar la estructura amorfa.[57][58]

Otros autores han sugerido que la estructura electrónica cede su influencia en la formación del vidrio a través de las propiedades direccionales de los enlaces. La no cristalinidad se favorece así en elementos con un gran número de formas polimórficas y un alto grado de anisotropía de unión. La cristalización se vuelve más improbable a medida que aumenta la unión de la anisotropía del metal isotrópico al metal anisotrópico al enlace covalente, lo que sugiere una relación entre el número de grupo en la tabla periódica y la capacidad de formación de vidrio en sólidos elementales.[59]

Referencias

  1. ISO 11357-2: Plásticos @– calorimetría de barrido Diferencial @– Parte 2: Determinación de temperatura de transición del vaso (1999).
  2. . Polymer Science Learning Center. Archivado desde el original el 15 de enero de 2019. Consultado el 2 de diciembre de 2018. 
  3. Debenedetti, P. G.; Stillinger (2001). «Supercooled liquids and the glass transition». Nature 410 (6825): 259-267. Bibcode:2001Natur.410..259D. PMID 11258381. doi:10.1038/35065704. 
  4. Angell, C. A.; Ngai, K. L.; McKenna, G. B.; McMillan, P. F.; Martin, S. W. (2000). «Relaxation in glassforming liquids and amorphous solids». App. Phys. Rev. 88 (6): 3113-3157. Bibcode:2000JAP....88.3113A. doi:10.1063/1.1286035. 
  5. Zarzycki, J. (1991). Glasses and the Vitreous State. Cambridge University Press. ISBN 978-0521355827. 
  6. Ojovan, M. I. (2004). «Glass formation in amorphous SiO2 as a percolation phase transition in a system of network defects». Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters 79 (12): 632-634. Bibcode:2004JETPL..79..632O. doi:10.1134/1.1790021. 
  7. Meille Stefano, V.; Allegra, G.; Geil Phillip, H.; He, J.; Hess, M.; Jin, J.-I.; Kratochvíl, P.; Mormann, W.; Stepto, R. (2011). «Definitions of terms relating to crystalline polymers (IUPAC Recommendations 2011)». Pure Appl Chem 83 (10): 1831. doi:10.1351/PAC-REC-10-11-13. 
  8. Compiled by A. D. McNaught and A. Wilkinson. Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997). XML on-line corrected version(2006–) created by M. Nic, J. Jirat, B. Kosata; updates compiled by A. Jenkins. «IUPAC. Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book")». 
  9. Hess, M.; Allegra, G.; He, J.; Horie, K.; Kim, J.-S.; Meille Stefano, V.; Metanomski, V.; Moad, G.; Stepto Robert, F. T.; Vert, M.; Vohlídal, J. (2013). «Glossary of terms relating to thermal and thermomechanical properties of polymers (IUPAC Recommendations 2013)». Pure Appl Chem 85 (5): 1017. doi:10.1351/PAC-REC-12-03-02. 
  10. Hansen, J.-P.; McDonald, I. R. (2007). Theory of Simple Liquids. Elsevier. pp. 250-254. ISBN 978-0123705358. 
  11. Adam, J-L; Zhang, X. (14 de febrero de 2014). Chalcogenide Glasses: Preparation, Properties and Applications. Elsevier Science. p. 94. ISBN 978-0-85709-356-1. 
  12. Phillips, J.C. (1979). «Topology of covalent non-crystalline solids I: Short-range order in chalcogenide alloys». Journal of Non-Crystalline Solids 34 (2): 153. Bibcode:1979JNCS...34..153P. doi:10.1016/0022-3093(79)90033-4. 
  13. Moynihan, C. Et al. (1976) en La Transición de Vaso y la Naturaleza del Estado Vidrioso, M. Goldstein Y R. Simha (Eds.), Ann. N.Y. Acad. Sci., Vol. 279.
  14. Angell, C. A. (1988). «Perspective on the glass transition». Journal of Physics and Chemistry of Solids 49 (8): 863-871. Bibcode:1988JPCS...49..863A. doi:10.1016/0022-3697(88)90002-9. 
  15. Ediger, M. D.; Angell, C. A.; Nagel, Sidney R. (1996). «Supercooled Liquids and Glasses». The Journal of Physical Chemistry 100 (31): 13200. doi:10.1021/jp953538d. 
  16. Angell, C. A. (1995). «Formation of Glasses from Liquids and Biopolymers». Science 267 (5206): 1924-35. Bibcode:1995Sci...267.1924A. PMID 17770101. doi:10.1126/science.267.5206.1924. 
  17. Stillinger, F. H. (1995). «A Topographic View of Supercooled Liquids and Glass Formation». Science 267 (5206): 1935-9. Bibcode:1995Sci...267.1935S. PMID 17770102. doi:10.1126/science.267.5206.1935. 
  18. Thermodynamic and Kinetic Aspects of the Vitreous State. CRC Press. 1994. ISBN 978-0849337826. 
  19. Gibbs, J. H. (1960). MacKenzie, J. D., ed. Modern Aspects of the Vitreous State. Butterworth. OCLC 1690554. 
  20. Ojovan, Michael I; Lee, William (Bill) E (2010). «Connectivity and glass transition in disordered oxide systems». Journal of Non-Crystalline Solids 356 (44–49): 2534. Bibcode:2010JNCS..356.2534O. doi:10.1016/j.jnoncrysol.2010.05.012. 
  21. Tg Medida de vasos. Glassproperties.com. Recuperado encima 2012-06-29.
  22. Vaso-temperatura de transición el 22 de diciembre de 2014 en Wayback Machine., IUPAC Compendium de Terminología Química, 66, 583 (1984)
  23. Galimberti, Maurizio; Caprio, Michela; Fino, Luigi (21 de diciembre de 2001). Tyre comprising a cycloolefin polymer, tread band and elasomeric composition used therein (publicado el 7 de marzo de 2003). «country-code =EU, patent-number =WO03053721». 
  24. Ibeh, Christopher C. (2011). THERMOPLASTIC MATERIALS Properties, Manufacturing Methods, and Applications. CRC Press. pp. 491-497. ISBN 978-1-4200-9383-4. 
  25. Wilkes, C. E. (2005). PVC Handbook. Hanser Verlag. ISBN 978-1-56990-379-7.  Error en la cita: Etiqueta <ref> no válida; el nombre «PVC» está definido varias veces con contenidos diferentes
  26. . nrri.umn.edu
  27. Nicholson, John W. (2011). The Chemistry of Polymers (4, Revised edición). Royal Society of Chemistry. p. 50. ISBN 9781849733915. Consultado el 10 de septiembre de 2013. 
  28. nylon-6 información y propiedades. Polymerprocessing.com (2001-04-15). Recuperado encima 2012-06-29.
  29. Jones, A (2014). «Supplementary Materials for Artificial Muscles from Fishing Line and Sewing Thread». Science 343 (6173): 868-72. Bibcode:2014Sci...343..868H. PMID 24558156. doi:10.1126/science.1246906. 
  30. TA Equipa #Escrito de Aplicación de Análisis Térmica TA-133
  31. PCL | Aplicaciones y Usos de Fin | Polythene. Polyesterconverters.com. Recuperado encima 2012-06-29.
  32. EPCOS 2007: Glass Transition and Crystallization in Phase Change Materials el 26 de julio de 2011 en Wayback Machine. . Retrieved on 2012-06-29.
  33. Bucaro, J. A. (1974). «High-temperature Brillouin scattering in fused quartz». Journal of Applied Physics 45 (12): 5324-5329. Bibcode:1974JAP....45.5324B. doi:10.1063/1.1663238. 
  34. Kauzmann, Walter (1948). «The Nature of the Glassy State and the Behavior of Liquids at Low Temperatures». Chemical Reviews 43 (2): 219-256. doi:10.1021/cr60135a002. 
  35. Ojovan M.I. (2008). «Configurons: thermodynamic parameters and symmetry changes at glass transition». Entropy 10 (3): 334-364. Bibcode:2008Entrp..10..334O. doi:10.3390/e10030334. 
  36. Ojovan, M.I. (2008). «Configurons: thermodynamic parameters and symmetry changes at glass transition». Entropy 10 (3): 334-364. Bibcode:2008Entrp..10..334O. doi:10.3390/e10030334. 
  37. Ojovan, Michael I; Travis, Karl P; Hand, Russell J (2007). «Thermodynamic parameters of bonds in glassy materials from viscosity–temperature relationships». Journal of Physics: Condensed Matter 19 (41): 415107. Bibcode:2007JPCM...19O5107O. PMID 28192319. doi:10.1088/0953-8984/19/41/415107. 
  38. Cowie, J. M. G. Y Arrighi, V., Polímeros: Química y Física de Materiales Modernos, 3.º Edn. (CRC Prensa, 2007)
  39. Slater, J.C., Introducción a Física Química (3.º Ed., Martindell Prensa, 2007)
  40. Born, Max (2008). «On the stability of crystal lattices. I». Mathematical Proceedings of the Cambridge Philosophical Society 36 (2): 160. Bibcode:1940PCPS...36..160B. doi:10.1017/S0305004100017138. 
  41. Born, Max (1939). «Thermodynamics of Crystals and Melting». The Journal of Chemical Physics 7 (8): 591-603. Bibcode:1939JChPh...7..591B. doi:10.1063/1.1750497. 
  42. Frenkel, J. (1946). Kinetic Theory of Liquids. Clarendon Press, Oxford. 
  43. Bartenev, G. M., Estructura y Propiedades Mecánicas de Vasos Inorgánicos (Wolters @– Noordhoof, 1970)
  44. Reynolds, C. L. Jr. (1979). «Correlation between the low temperature phonon mean free path and glass transition temperature in amorphous solids». J. Non-Cryst. Solids 30 (3): 371. Bibcode:1979JNCS...30..371R. doi:10.1016/0022-3093(79)90174-1. 
  45. Rosenburg, H. M. (1963) Temperatura Baja Física Estatal Sólida. Clarendon Prensa, Oxford.
  46. Kittel, C. (1946). «Ultrasonic Propagation in Liquids». J. Chem. Phys. 14 (10): 614. Bibcode:1946JChPh..14..614K. doi:10.1063/1.1724073. 
  47. Kittel, C. (1949). «Interpretation of the Thermal Conductivity of Glasses». Phys. Rev. 75 (6): 972. Bibcode:1949PhRv...75..972K. doi:10.1103/PhysRev.75.972. 
  48. Chen, Shao-Ping; Egami, T.; Vitek, V. (1985). «Orientational ordering of local shear stresses in liquids: A phase transition?». Journal of Non-Crystalline Solids 75 (1–3): 449. Bibcode:1985JNCS...75..449C. doi:10.1016/0022-3093(85)90256-X. 
  49. Mott, N. F. (1934). «The Resistance of Liquid Metals». Proceedings of the Royal Society A 146 (857): 465. Bibcode:1934RSPSA.146..465M. doi:10.1098/rspa.1934.0166. 
  50. Lindemann, C. (1911). «On the calculation of molecular natural frequencies». Phys. Z. 11: 609. 
  51. Klement, W.; Willens, R. H.; Duwez, POL (1960). «Non-crystalline Structure in Solidified Gold–Silicon Alloys». Nature 187 (4740): 869. Bibcode:1960Natur.187..869K. doi:10.1038/187869b0. 
  52. Duwez, Pol; Willens, R. H.; Klement, W. (1960). «Continuous Series of Metastable Solid Solutions in Silver-Copper Alloys». Journal of Applied Physics 31 (6): 1136. Bibcode:1960JAP....31.1136D. doi:10.1063/1.1735777. 
  53. Duwez, Pol; Willens, R. H.; Klement, W. (1960). «Metastable Electron Compound in Ag-Ge Alloys». Journal of Applied Physics 31 (6): 1137. Bibcode:1960JAP....31.1137D. doi:10.1063/1.1735778. 
  54. Chaudhari, P; Turnbull, D (1978). «Structure and properties of metallic glasses». Science 199 (4324): 11-21. Bibcode:1978Sci...199...11C. PMID 17841932. doi:10.1126/science.199.4324.11. 
  55. Chen, J. S. (1980). «Glassy metals». Reports on Progress in Physics 43 (4): 353. Bibcode:1980RPPh...43..353C. doi:10.1088/0034-4885/43/4/001. 
  56. Jonson, M.; Girvin, S. M. (1979). «Electron-Phonon Dynamics and Transport Anomalies in Random Metal Alloys». Phys. Rev. Lett. 43 (19): 1447. Bibcode:1979PhRvL..43.1447J. doi:10.1103/PhysRevLett.43.1447. 
  57. Turnbull, D. (1974). «Amorphous Solid Formation and Interstitial Solution Behavior in Metallic Alloy System». J. Phys. C 35 (C4): C4–1. doi:10.1051/jphyscol:1974401. 
  58. Chen, H. S.; Park, B. K. (1973). «Role of chemical bonding in metallic glasses». Acta Metall. 21 (4): 395. doi:10.1016/0001-6160(73)90196-X. 
  59. Wang, R.; Merz, D. (1977). «Polymorphic bonding and thermal stability of elemental noncrystalline solids». Physica Status Solidi A 39 (2): 697. Bibcode:1977PSSAR..39..697W. doi:10.1002/pssa.2210390240. 

Enlaces externos

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La transicion vitreo liquido o transicion vitrea es la transicion gradual y reversible en materiales amorfos o en regiones amorfas dentro de materiales semicristalinos desde un estado vitreo duro y relativamente quebradizo a un estado viscoso o gomoso a medida que aumenta la temperatura 1 Un solido amorfo que muestra una transicion vitrea se llama vidrio La transicion inversa que se logra al enfriar demasiado un liquido viscoso en el estado de vidrio se llama vitrificacion La temperatura de transicion vitrea Tg de un material caracteriza el rango de temperaturas en el que se produce esta transicion vitrea Siempre es mas baja que la temperatura de fusion Tm del estado cristalino del material si existe Los plasticos duros como el poliestireno y el poli metacrilato de metilo se usan muy por debajo de sus temperaturas de transicion vitrea es decir cuando estan en su estado vitreo Sus valores de Tg estan muy por encima de la temperatura ambiente ambos a unos 100 C 212 F Los elastomeros de caucho como el poliisopreno y el poliisobutileno se utilizan por encima de su Tg es decir en el estado gomoso donde son suaves y flexibles 2 A pesar del cambio en las propiedades fisicas de un material a traves de su transicion vitrea la transicion no se considera una transicion de fase mas bien es un fenomeno que se extiende sobre un rango de temperatura y esta definido por una de varias convenciones 3 4 Dichas convenciones incluyen una velocidad de enfriamiento constante 20 kelvins por minuto 36 F min 1 y un umbral de viscosidad de 1012 Pa s entre otros Al enfriarse o calentarse a traves de este rango de transicion vitrea el material tambien muestra un paso suave en el coeficiente de expansion termica y en el calor especifico y la ubicacion de estos efectos depende nuevamente de la historia del material 5 La cuestion de si alguna transicion de fase subyace a la transicion vitrea es una cuestion de investigacion continua 3 4 6 Definicion de IUPAC Transicion vitrea en la ciencia de los polimeros Proceso en el que un polimero fundido cambia al enfriarse a un vidrio polimerico o un vidrio polimerico cambia al calentarse a un polimero fundido 7 Note 1 Los fenomenos que se producen en la transicion vitrea de los polimeros siguen siendo objeto de investigacion y debate cientificos en curso La transicion vitrea presenta caracteristicas de una transicion de segundo orden ya que los estudios termicos a menudo indican que las energias molares de Gibbs las entalpias molares y los volumenes molares de las dos fases es decir el fundido y el vidrio son iguales mientras que la capacidad de calor y la expansividad son discontinuas Sin embargo la transicion vitrea no se considera generalmente como una transicion termodinamica en vista de la dificultad inherente para alcanzar el equilibrio en un vidrio polimerico o en un polimero fundido a temperaturas cercanas a la temperatura de transicion vitrea Note 2 En el caso de los polimeros los cambios de conformacion de los segmentos que consisten normalmente en 10 20 atomos de la cadena principal se vuelven infinitamente lentos por debajo de la temperatura de transicion vitrea Note 3 En un polimero parcialmente cristalino la transicion vitrea se produce solo en las partes amorfas del material Note 4 La definicion es diferente a la de ref 8 Note 5 No se recomienda el termino comunmente utilizado transicion vitreo goma para la transicion vitrea 9 Indice 1 Introduccion 2 Temperatura de transicion Tg 2 1 Polimeros 2 2 Silicatos y otros vidrios de red covalentes 3 Paradoja de Kauzmann 3 1 Resoluciones alternativas 4 En materiales concretos 4 1 Silice SiO2 4 2 Polimeros 5 Mecanica de vitrificacion 5 1 Estructura electronica 6 Referencias 7 Enlaces externosIntroduccion EditarLa transicion vitrea de un liquido a un estado solido puede ocurrir por enfriamiento o compresion 10 La transicion comprende un aumento suave de la viscosidad de un material en hasta 17 ordenes de magnitud dentro de un rango de temperatura de 500 K sin ningun cambio pronunciado en la estructura del materia 11 La consecuencia de este aumento dramatico es un vidrio que exhibe propiedades mecanicas solidas en la escala de tiempo de la observacion practica Esta transicion contrasta con la transicion de congelacion o cristalizacion que es una transicion de fase de primer orden en la clasificacion de Ehrenfest e implica discontinuidades en las propiedades termodinamicas y dinamicas como el volumen la energia y la viscosidad En muchos materiales que normalmente se someten a una transicion de congelacion el enfriamiento rapido evitara esta transicion de fase y en cambio dara como resultado una transicion de vidrio a una temperatura mas baja Otros materiales como muchos polimeros carecen de un estado cristalino bien definido y forman vidrios facilmente incluso con enfriamiento o compresion muy lentos La tendencia a que un material forme un vidrio mientras esta apagado se llama capacidad de formacion de vidrio Esta capacidad depende de la composicion del material y puede predecirse mediante la teoria de la rigidez 12 Por debajo del rango de temperatura de transicion la estructura vitrea no se relaja de acuerdo con la velocidad de enfriamiento utilizada El coeficiente de expansion para el estado vitreo es aproximadamente equivalente al del solido cristalino Si se utilizan velocidades de enfriamiento mas lentas el mayor tiempo para que ocurra la relajacion estructural o la reorganizacion intermolecular puede dar lugar a un producto de vidrio de mayor densidad De manera similar al recocer y por lo tanto permitir una relajacion estructural lenta la estructura de vidrio se aproxima en el tiempo a una densidad de equilibrio correspondiente al liquido sobreenfriado a esta misma temperatura Tg se encuentra en la interseccion entre la curva de enfriamiento volumen versus temperatura para el estado vitreo y el liquido sobreenfriado 13 14 15 16 17 La configuracion del vidrio en este rango de temperatura cambia lentamente con el tiempo hacia la estructura de equilibrio El principio de la minimizacion de la energia libre de Gibbs proporciona la fuerza de conduccion termodinamica necesaria para el cambio eventual Cabe senalar aqui que a temperaturas algo mas altas que la Tg la estructura correspondiente al equilibrio a cualquier temperatura se logra con bastante rapidez En contraste a temperaturas considerablemente mas bajas la configuracion del vidrio permanece sensiblemente estable durante periodos de tiempo cada vez mas prolongados Por lo tanto la transicion liquido vidrio no es una transicion entre estados de equilibrio termodinamico Se cree ampliamente que el verdadero estado de equilibrio es siempre cristalino Se cree que el vidrio existe en un estado cineticamente cerrado y su entropia densidad etc dependen de la historia termica Por lo tanto la transicion vitrea es ante todo un fenomeno dinamico El tiempo y la temperatura son cantidades intercambiables en cierta medida cuando se trata de vidrios un hecho que a menudo se expresa en el principio de superposicion tiempo temperatura Al enfriar un liquido los grados internos de libertad se desequilibran sucesivamente Sin embargo existe un debate de larga data sobre si existe una transicion de fase de segundo orden subyacente en el limite hipotetico de tiempos de relajacion infinitamente largos 18 19 20 Temperatura de transicion Tg Editar Medida de Tg la temperatura en el punto A por calorimetria de barrido diferencial Determinacion de Tg por dilatometria Consulte la figura de la derecha que representa la capacidad calorifica en funcion de la temperatura En este contexto Tg es la temperatura correspondiente al punto A en la curva Las secciones lineales debajo y arriba de Tg son de color verde Tg es la temperatura en la interseccion de las lineas de regresion rojas 21 Se estan utilizando diferentes definiciones operativas de la temperatura de transicion vitrea Tg y varias de ellas estan aprobadas como estandares cientificos aceptados Sin embargo todas las definiciones son arbitrarias y todas producen resultados numericos diferentes en el mejor de los casos los valores de Tg para una sustancia determinada concuerdan dentro de unos pocos kelvins Una definicion se refiere a la viscosidad fijando Tg en un valor de 1013 poises o 1012 Pa s Como se demostro experimentalmente este valor esta cerca del punto de recocido de muchos vidrios 22 En contraste con la viscosidad la expansion termica la capacidad termica el modulo de corte y muchas otras propiedades de los vidrios inorganicos muestran un cambio relativamente repentino a la temperatura de transicion vitrea Cualquiera de estos pasos o torceduras se pueden utilizar para definir Tg Para que esta definicion sea reproducible se debe especificar la velocidad de enfriamiento o calentamiento La definicion mas utilizada de Tg utiliza la liberacion de energia al calentar en un calorimetro diferencial de barrido Normalmente la muestra se enfria primero a 10 K min y luego se calienta a esa misma velocidad Otra definicion mas de Tg usa la torsion en la dilatometria expansion termica Aqui las tasas de calentamiento de 3 5 K min 5 4 9 0 F min son comunes A continuacion se resumen los valores de Tg caracteristicos de ciertas clases de materiales Polimeros Editar Material Tg C Nombre comercialGoma de neumatico 70 C 23 Polifluoruro de vinilideno PVDF 35 C 24 Polipropileno PP atactico 20 C 25 Fluoruro de polivinilo PVF 20 C 24 Polipropileno PP isotactico 0 C 25 Poli 3 hidroxibutirato PHB 15 C 25 Poli Acetato de vinilo PVAc 30 C 25 Policlorotrifluoroetileno PCTFE 45 C 24 Poliamida PA 47 60 C Nylon 6 xAcido Politactico PLA 60 65 CTereftalato de polietileno PET 70 C 25 Poli Cloruro de vinilo PVC 80 C 25 Poli Alcohol de vinilo PVA 85 C 25 Poliestireno PS 95 C 25 Poly Metacrilato de metilo PMMA atactic 105 C 25 Plexiglas PerspexAcrilonitrilo butadieno estireno ABS 105 C 26 Politetrafluoroetileno PTFE 115 C 27 TeflonPoli Carbonato PC 145 C 25 LexanPolisulfona 185 CPolinorborneno 215 C 25 El nylon 6 seco tiene una temperatura de transicion vitrea de 47 C 117 F 28 El nylon 6 6 en estado seco tiene una temperatura de transicion vitrea de aproximadamente 70 C 158 F 29 30 Mientras que el polietileno tiene un rango de transicion vitrea de 130 80 C 202 112 F 31 Lo anterior son solo valores medios ya que la temperatura de transicion vitrea depende de la velocidad de enfriamiento y la distribucion de pesos moleculares y podria Estar influenciado por los aditivos Para un material semicristalino como el polietileno que es 60 80 cristalino a temperatura ambiente la transicion vitrea citada se refiere a lo que sucede con la parte amorfa del material al enfriarse Silicatos y otros vidrios de red covalentes Editar Material Tg C Calcogenuro GeSbTe 150 C 32 Calcogenuro AsGeSeTe 245 CZBLAN Vidrio de fluoruro 235 CDioxido de telurio 280 CFluoroaluminato 400 CVidrio comun 520 600 CCuarzo fusionado aproximado 1200 C 33 Paradoja de Kauzmann EditarA medida que se sobre enfria el liquido la diferencia en la entropia entre la fase liquida y la solida disminuye Al extrapolar la capacidad termica del liquido subenfriado por debajo de su temperatura de transicion vitrea es posible calcular la temperatura a la cual la diferencia en entropias se vuelve cero Esta temperatura ha sido nombrada la temperatura de Kauzmann Si un liquido pudiera subenfriarse por debajo de la temperatura de Kauzmann y mostrara una entropia mas baja que la fase cristalina las consecuencias serian paradojicas Esta paradoja de Kauzmann ha sido objeto de mucho debate y muchas publicaciones desde que Walter Kauzmann la presento por primera vez en 1948 34 Una resolucion de la paradoja de Kauzmann es decir que debe haber una transicion de fase antes de que disminuya la entropia del liquido En este escenario la temperatura de transicion se conoce como temperatura de transicion vitrea ideal calorimetrica T0c Segun este punto de vista la transicion vitrea no es simplemente un efecto cinetico es decir es el resultado del enfriamiento rapido de una masa fundida sino que existe una base termodinamica subyacente para la formacion de vidrio La temperatura de transicion vitrea T g T 0 c as d T d t 0 displaystyle T g to T 0c text as frac dT dt to 0 El modelo de Gibbs DiMarzio predice especificamente que la entropia configuracional de un liquido subenfriado desaparece en el limite T t o T K displaystyle T toT K donde finaliza el regimen de existencia del liquido su microestructura se vuelve identica a la del cristal y sus curvas de propiedad se intersecan en una verdadera transicion de fase de segundo orden Esto nunca se ha verificado experimentalmente debido a la dificultad de lograr una velocidad de enfriamiento lo suficientemente lenta al tiempo que se evita la cristalizacion accidental Resoluciones alternativas Editar Hay al menos otras tres posibles soluciones a la paradoja de Kauzmann Podria ser que la capacidad de calor del liquido subenfriado cerca de la temperatura de Kauzmann disminuya suavemente a un valor mas pequeno Tambien podria ser que se produzca una transicion de fase de primer orden a otro estado liquido antes de que la temperatura de Kauzmann sea inferior a la capacidad calorifica de este nuevo estado que la obtenida por extrapolacion de una temperatura mas alta Finalmente el propio Kauzmann resolvio la paradoja de la entropia al postular que todos los liquidos sobreenfriados deben cristalizar antes de que se alcance la temperatura de Kauzmann En materiales concretos EditarSilice SiO2 Editar La silice el compuesto quimico SiO2 tiene varias formas cristalinas distintas ademas de la estructura de cuarzo Casi todas las formas cristalinas implican unidades tetraedricas de SiO4 unidas entre si por vertices compartidos en diferentes disposiciones Las longitudes de los enlaces Si O varian entre las diferentes formas de cristal Por ejemplo en a cuarzo la longitud del enlace es de 161 picometros 6 3 10 9 pulgadas mientras que en a tridimita varia de 154 171 pm 6 1 10 9 6 7 10 9 pulgadas El angulo de enlace Si O Si tambien varia de 140 en a tridimita a 144 en a cuarzo a 180 en b tridimita Cualquier desviacion de estos parametros estandar constituye diferencias microestructurales o variaciones que representan una aproximacion a un solido vitreo o amorfo La temperatura de transicion Tg en los silicatos esta relacionada con la energia requerida para romper y volver a formar enlaces covalentes en una red de enlaces covalentes amorfa o red aleatoria La Tg esta claramente influenciada por la quimica del vidrio Por ejemplo la adicion de elementos como B Na K o Ca a un vidrio de silice que tiene una valencia inferior a 4 ayuda a romper la estructura de la red reduciendo asi la Tg Alternativamente P que tiene una valencia de 5 ayuda a reforzar una red ordenada y por lo tanto aumenta la Tg 35 La Tg es directamente proporcional a la resistencia de la union por ejemplo depende de los parametros termodinamicos de los enlaces de casi equilibrio p ej en la entalpia Hd y entropia Sd de configuraciones enlaces rotos Tg Hd Sd Rln 1 fc fc donde R es la constante de los gases y fc es el umbral de percolacion Para fundiciones fuertes como el SiO2 el umbral de percolacion en la ecuacion anterior es la densidad critica universal de Scher Zallen en el espacio 3D por ej fc 0 15 sin embargo para los materiales fragiles los umbrales de percolacion dependen del material y fc lt lt 1 36 La entalpia y la entropia de las configuraciones los enlaces rotos se pueden encontrar a partir de los datos experimentales disponibles sobre la viscosidad 37 En el planchado una tela se calienta a traves de la transicion vidrio goma Polimeros Editar En los polimeros la temperatura de transicion vitrea Tg a menudo se expresa como la temperatura a la cual la energia libre de Gibbs es tal que la energia de activacion para el movimiento cooperativo de 50 o mas elementos del polimero se excede Esto permite que las cadenas moleculares se deslicen unas sobre otras cuando se aplica una fuerza La introduccion de grupos quimicos relativamente rigidos como los anillos de benceno interferira con el proceso de flujo y por lo tanto aumentara la Tg 38 La rigidez de los termoplasticos disminuye debido a este efecto Cuando se alcanza la temperatura del vidrio la rigidez permanece igual durante un tiempo es decir en o cerca de E2 hasta que la temperatura supera la Tm y el material se derrite Esta region se llama la meseta del caucho En el planchado un tejido se calienta a traves de esta transicion para que las cadenas de polimero se vuelvan moviles El peso del hierro impone entonces una orientacion preferida La Tg puede reducirse significativamente mediante la adicion de plastificantes en la matriz del polimero Las moleculas mas pequenas de plastificante se insertan entre las cadenas de polimero lo que aumenta el espacio y el volumen libre y les permite moverse una a la otra incluso a temperaturas mas bajas La adicion de grupos laterales no reactivos a un polimero tambien puede hacer que las cadenas se separen entre si reduciendo la Tg Si un plastico con algunas propiedades deseables tiene una Tg que es demasiado alta a veces se puede combinar con otra en un copolimero o material compuesto con una Tg por debajo de la temperatura del uso previsto Tenga en cuenta que algunos plasticos se utilizan a altas temperaturas por ejemplo en motores de automoviles y otros a bajas temperaturas 25 Rigidez frente a la temperatura En los materiales viscoelasticos la presencia de un comportamiento similar al liquido depende de las propiedades y por lo tanto varia con la velocidad de la carga aplicada es decir con que rapidez se aplica una fuerza El juguete de silicona Silly Putty se comporta de manera muy diferente en funcion del tiempo de aplicacion de una fuerza tire lentamente y fluye actuando como un liquido muy viscoso Golpealo con un martillo y se rompe actuando como un vidrio Al enfriarse el caucho experimenta una transicion de liquido vidrio que tambien se conoce como transicion de caucho vidrio Mecanica de vitrificacion EditarEl movimiento molecular en la materia condensada se puede representar mediante una serie de Fourier cuya interpretacion fisica consiste en una superposicion de ondas longitudinales y transversales de desplazamiento atomico con diferentes direcciones y longitudes de onda En los sistemas monatomicos estas ondas se denominan fluctuaciones de densidad En los sistemas poliatomicos tambien pueden incluir fluctuaciones de composicion 39 Por lo tanto el movimiento termico en liquidos se puede descomponer en vibraciones longitudinales elementales o fonones acusticos mientras que las vibraciones transversales u ondas de corte se describieron originalmente solo en solidos elasticos que exhiben el estado cristalino altamente ordenado de la materia En otras palabras los liquidos simples no pueden soportar una fuerza aplicada en forma de esfuerzo de cizallamiento y produciran mecanicamente a traves de la deformacion plastica macroscopica o flujo viscoso Ademas el hecho de que un solido se deforme localmente mientras retiene su rigidez mientras que un liquido cede al flujo viscoso macroscopico en respuesta a la aplicacion de una fuerza de cizallamiento aplicada es aceptado por muchos como la distincion mecanica entre los dos 40 41 Las deficiencias de esta conclusion sin embargo fueron senaladas por Frenkel en su revision de la teoria cinetica de los solidos y la teoria de la elasticidad en los liquidos Esta revision se deriva directamente de la caracteristica continua de la transicion estructural del estado liquido al solido cuando esta transicion no esta acompanada por la cristalizacion por lo que se trata del liquido viscoso sobreenfriado Asi vemos la intima correlacion entre los fonones acusticos transversales u ondas de corte y el inicio de la rigidez en la vitrificacion como lo describe Bartenev en su descripcion mecanica del proceso de vitrificacion 42 43 Las velocidades de los fonones acusticos longitudinales en la materia condensada son directamente responsables de la conductividad termica que nivela los diferenciales de temperatura entre los elementos de volumen comprimidos y expandidos Kittel propuso que el comportamiento de los vidrios se interpreta en terminos de una trayectoria libre media aproximadamente constante para los fonones y que el valor de la trayectoria libre media es del orden de magnitud de la escala de desorden en la estructura molecular de un liquido o un solido El promedio termico de las rutas libres o las longitudes de relajacion de varios formadores de vidrio se han trazado en funcion de la temperatura de transicion vitrea lo que indica una relacion lineal entre los dos Esto ha sugerido un nuevo criterio para la formacion de vidrio basado en el valor de la trayectoria libre media del fonon 44 A menudo se ha sugerido que el transporte de calor en solidos dielectricos se produce a traves de las vibraciones elasticas de la red y que este transporte esta limitado por la dispersion elastica de los fonones acusticos por los defectos de la red por ejemplo vacantes espaciadas al azar 45 Estas predicciones se confirmaron mediante experimentos en vidrios comerciales y vitroceramicos donde las rutas libres medias aparentemente estaban limitadas por la dispersion del limite interno a escalas de longitud de 10 a 100 micrometros 0 00039 0 00394 pulgadas 46 47 La relacion entre estas ondas transversales y el mecanismo de vitrificacion ha sido descrita por varios autores que propusieron que el inicio de las correlaciones entre dichos fonones da como resultado un ordenamiento o congelacion de las tensiones de corte locales en los liquidos que forman vidrio lo que produce la transicion vitrea 48 Estructura electronica Editar La influencia de los fonones termicos y su interaccion con la estructura electronica es un tema que se introdujo adecuadamente en una discusion sobre la resistencia de los metales liquidos Se hace referencia a la teoria de la fusion de Lindemann y se sugiere que la caida de la conductividad al pasar del estado cristalino al liquido se debe a la mayor dispersion de los electrones de conduccion como resultado de la mayor amplitud de la vibracion atomica Estas teorias de localizacion se han aplicado al transporte en vidrios metalicos donde la trayectoria libre media de los electrones es muy pequena en el orden del espaciado interatomico 49 50 La formacion de una forma no cristalina de una aleacion de oro silicio por el metodo de extincion de particulas a partir de la fusion llevo a consideraciones adicionales sobre la influencia de la estructura electronica en la capacidad de formacion de vidrio basada en las propiedades del enlace metalico 51 52 53 54 55 Otro trabajo indica que la movilidad de los electrones localizados se ve aumentada por la presencia de modos de fonones dinamicos Una observacion contra tal modelo es que si los enlaces quimicos son importantes los modelos de electrones casi libres no deberian ser aplicables Sin embargo si el modelo incluye la acumulacion de una distribucion de carga entre todos los pares de atomos al igual que un enlace quimico por ejemplo silicio cuando una banda esta llena de electrones entonces deberia aplicarse a los solidos 56 Por lo tanto si la conductividad electrica es baja la trayectoria libre media de los electrones es muy corta Los electrones solo seran sensibles al orden de corto alcance en el vidrio ya que no tienen la oportunidad de dispersarse de los atomos espaciados a grandes distancias Dado que el orden de corto alcance es similar en vidrios y cristales las energias electronicas deberian ser similares en estos dos estados Para las aleaciones con menor resistividad y rutas electronicas mas largas y sin medios los electrones podrian comenzar a sentir que hay un desorden en el vidrio y esto elevaria sus energias y desestabilizaria el vidrio con respecto a la cristalizacion Por lo tanto las tendencias de formacion de vidrio de ciertas aleaciones pueden deberse en parte al hecho de que las trayectorias libres del electron son muy cortas de modo que solo el orden de corto alcance es siempre importante para la energia de los electrones Tambien se ha argumentado que la formacion de vidrio en sistemas metalicos se relaciona con la suavidad del potencial de interaccion entre atomos diferentes Algunos autores que enfatizan las fuertes similitudes entre la estructura local del vidrio y el cristal correspondiente sugieren que el enlace quimico ayuda a estabilizar la estructura amorfa 57 58 Otros autores han sugerido que la estructura electronica cede su influencia en la formacion del vidrio a traves de las propiedades direccionales de los enlaces La no cristalinidad se favorece asi en elementos con un gran numero de formas polimorficas y un alto grado de anisotropia de union La cristalizacion se vuelve mas improbable a medida que aumenta la union de la anisotropia del metal isotropico al metal anisotropico al enlace covalente lo que sugiere una relacion entre el numero de grupo en la tabla periodica y la capacidad de formacion de vidrio en solidos elementales 59 Referencias Editar a b ISO 11357 2 Plasticos calorimetria de barrido Diferencial Parte 2 Determinacion de temperatura de transicion del vaso 1999 The Glass Transition Polymer Science Learning Center Archivado desde el original el 15 de enero de 2019 Consultado el 2 de diciembre de 2018 a b Debenedetti P G Stillinger 2001 Supercooled liquids and the glass transition Nature 410 6825 259 267 Bibcode 2001Natur 410 259D PMID 11258381 doi 10 1038 35065704 a b Angell C A Ngai K L McKenna G B McMillan P F Martin S W 2000 Relaxation in glassforming liquids and amorphous solids App Phys Rev 88 6 3113 3157 Bibcode 2000JAP 88 3113A doi 10 1063 1 1286035 Zarzycki J 1991 Glasses and the Vitreous State Cambridge University Press ISBN 978 0521355827 Ojovan M I 2004 Glass formation in amorphous SiO2 as a percolation phase transition in a system of network defects Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters 79 12 632 634 Bibcode 2004JETPL 79 632O doi 10 1134 1 1790021 Meille Stefano V Allegra G Geil Phillip H He J Hess M Jin J I Kratochvil P Mormann W Stepto R 2011 Definitions of terms relating to crystalline polymers IUPAC Recommendations 2011 Pure Appl Chem 83 10 1831 doi 10 1351 PAC REC 10 11 13 Compiled by A D McNaught and A Wilkinson Blackwell Scientific Publications Oxford 1997 XML on line corrected version 2006 created by M Nic J Jirat B Kosata updates compiled by A Jenkins IUPAC Compendium of Chemical Terminology 2nd ed the Gold Book Hess M Allegra G He J Horie K Kim J S Meille Stefano V Metanomski V Moad G Stepto Robert F T Vert M Vohlidal J 2013 Glossary of terms relating to thermal and thermomechanical properties of polymers IUPAC Recommendations 2013 Pure Appl Chem 85 5 1017 doi 10 1351 PAC REC 12 03 02 Hansen J P McDonald I R 2007 Theory of Simple Liquids Elsevier pp 250 254 ISBN 978 0123705358 Adam J L Zhang X 14 de febrero de 2014 Chalcogenide Glasses Preparation Properties and Applications Elsevier Science p 94 ISBN 978 0 85709 356 1 Phillips J C 1979 Topology of covalent non crystalline solids I Short range order in chalcogenide alloys Journal of Non Crystalline Solids 34 2 153 Bibcode 1979JNCS 34 153P doi 10 1016 0022 3093 79 90033 4 Moynihan C Et al 1976 en La Transicion de Vaso y la Naturaleza del Estado Vidrioso M Goldstein Y R Simha Eds Ann N Y Acad Sci Vol 279 Angell C A 1988 Perspective on the glass transition Journal of Physics and Chemistry of Solids 49 8 863 871 Bibcode 1988JPCS 49 863A doi 10 1016 0022 3697 88 90002 9 Ediger M D Angell C A Nagel Sidney R 1996 Supercooled Liquids and Glasses The Journal of Physical Chemistry 100 31 13200 doi 10 1021 jp953538d Angell C A 1995 Formation of Glasses from Liquids and Biopolymers Science 267 5206 1924 35 Bibcode 1995Sci 267 1924A PMID 17770101 doi 10 1126 science 267 5206 1924 Stillinger F H 1995 A Topographic View of Supercooled Liquids and Glass Formation Science 267 5206 1935 9 Bibcode 1995Sci 267 1935S PMID 17770102 doi 10 1126 science 267 5206 1935 Thermodynamic and Kinetic Aspects of the Vitreous State CRC Press 1994 ISBN 978 0849337826 Gibbs J H 1960 MacKenzie J D ed Modern Aspects of the Vitreous State Butterworth OCLC 1690554 Ojovan Michael I Lee William Bill E 2010 Connectivity and glass transition in disordered oxide systems Journal of Non Crystalline Solids 356 44 49 2534 Bibcode 2010JNCS 356 2534O doi 10 1016 j jnoncrysol 2010 05 012 Tg Medida de vasos Glassproperties com Recuperado encima 2012 06 29 Vaso temperatura de transicion Archivado el 22 de diciembre de 2014 en Wayback Machine IUPAC Compendium de Terminologia Quimica 66 583 1984 Galimberti Maurizio Caprio Michela Fino Luigi 21 de diciembre de 2001 Tyre comprising a cycloolefin polymer tread band and elasomeric composition used therein publicado el 7 de marzo de 2003 country code EU patent number WO03053721 a b c Ibeh Christopher C 2011 THERMOPLASTIC MATERIALS Properties Manufacturing Methods and Applications CRC Press pp 491 497 ISBN 978 1 4200 9383 4 a b c d e f g h i j k l Wilkes C E 2005 PVC Handbook Hanser Verlag ISBN 978 1 56990 379 7 Error en la cita Etiqueta lt ref gt no valida el nombre PVC esta definido varias veces con contenidos diferentes ABS nrri umn edu Nicholson John W 2011 The Chemistry of Polymers 4 Revised edicion Royal Society of Chemistry p 50 ISBN 9781849733915 Consultado el 10 de septiembre de 2013 nylon 6 informacion y propiedades Polymerprocessing com 2001 04 15 Recuperado encima 2012 06 29 Jones A 2014 Supplementary Materials for Artificial Muscles from Fishing Line and Sewing Thread Science 343 6173 868 72 Bibcode 2014Sci 343 868H PMID 24558156 doi 10 1126 science 1246906 Medida de Moisture Efectos en las Propiedades Mecanicas de 66 Nylon TA Equipa Escrito de Aplicacion de Analisis Termica TA 133 PCL Aplicaciones y Usos de Fin Polythene Polyesterconverters com Recuperado encima 2012 06 29 EPCOS 2007 Glass Transition and Crystallization in Phase Change Materials Archivado el 26 de julio de 2011 en Wayback Machine Retrieved on 2012 06 29 Bucaro J A 1974 High temperature Brillouin scattering in fused quartz Journal of Applied Physics 45 12 5324 5329 Bibcode 1974JAP 45 5324B doi 10 1063 1 1663238 Kauzmann Walter 1948 The Nature of the Glassy State and the Behavior of Liquids at Low Temperatures Chemical Reviews 43 2 219 256 doi 10 1021 cr60135a002 Ojovan M I 2008 Configurons thermodynamic parameters and symmetry changes at glass transition Entropy 10 3 334 364 Bibcode 2008Entrp 10 334O doi 10 3390 e10030334 Ojovan M I 2008 Configurons thermodynamic parameters and symmetry changes at glass transition Entropy 10 3 334 364 Bibcode 2008Entrp 10 334O doi 10 3390 e10030334 Ojovan Michael I Travis Karl P Hand Russell J 2007 Thermodynamic parameters of bonds in glassy materials from viscosity temperature relationships Journal of Physics Condensed Matter 19 41 415107 Bibcode 2007JPCM 19O5107O PMID 28192319 doi 10 1088 0953 8984 19 41 415107 Cowie J M G Y Arrighi V Polimeros Quimica y Fisica de Materiales Modernos 3 º Edn CRC Prensa 2007 Slater J C Introduccion a Fisica Quimica 3 º Ed Martindell Prensa 2007 Born Max 2008 On the stability of crystal lattices I Mathematical Proceedings of the Cambridge Philosophical Society 36 2 160 Bibcode 1940PCPS 36 160B doi 10 1017 S0305004100017138 Born Max 1939 Thermodynamics of Crystals and Melting The Journal of Chemical Physics 7 8 591 603 Bibcode 1939JChPh 7 591B doi 10 1063 1 1750497 Frenkel J 1946 Kinetic Theory of Liquids Clarendon Press Oxford Bartenev G M Estructura y Propiedades Mecanicas de Vasos Inorganicos Wolters Noordhoof 1970 Reynolds C L Jr 1979 Correlation between the low temperature phonon mean free path and glass transition temperature in amorphous solids J Non Cryst Solids 30 3 371 Bibcode 1979JNCS 30 371R doi 10 1016 0022 3093 79 90174 1 Rosenburg H M 1963 Temperatura Baja Fisica Estatal Solida Clarendon Prensa Oxford Kittel C 1946 Ultrasonic Propagation in Liquids J Chem Phys 14 10 614 Bibcode 1946JChPh 14 614K doi 10 1063 1 1724073 Kittel C 1949 Interpretation of the Thermal Conductivity of Glasses Phys Rev 75 6 972 Bibcode 1949PhRv 75 972K doi 10 1103 PhysRev 75 972 Chen Shao Ping Egami T Vitek V 1985 Orientational ordering of local shear stresses in liquids A phase transition Journal of Non Crystalline Solids 75 1 3 449 Bibcode 1985JNCS 75 449C doi 10 1016 0022 3093 85 90256 X Mott N F 1934 The Resistance of Liquid Metals Proceedings of the Royal Society A 146 857 465 Bibcode 1934RSPSA 146 465M doi 10 1098 rspa 1934 0166 Lindemann C 1911 On the calculation of molecular natural frequencies Phys Z 11 609 Klement W Willens R H Duwez POL 1960 Non crystalline Structure in Solidified Gold Silicon Alloys Nature 187 4740 869 Bibcode 1960Natur 187 869K doi 10 1038 187869b0 Duwez Pol Willens R H Klement W 1960 Continuous Series of Metastable Solid Solutions in Silver Copper Alloys Journal of Applied Physics 31 6 1136 Bibcode 1960JAP 31 1136D doi 10 1063 1 1735777 Duwez Pol Willens R H Klement W 1960 Metastable Electron Compound in Ag Ge Alloys Journal of Applied Physics 31 6 1137 Bibcode 1960JAP 31 1137D doi 10 1063 1 1735778 Chaudhari P Turnbull D 1978 Structure and properties of metallic glasses Science 199 4324 11 21 Bibcode 1978Sci 199 11C PMID 17841932 doi 10 1126 science 199 4324 11 Chen J S 1980 Glassy metals Reports on Progress in Physics 43 4 353 Bibcode 1980RPPh 43 353C doi 10 1088 0034 4885 43 4 001 Jonson M Girvin S M 1979 Electron Phonon Dynamics and Transport Anomalies in Random Metal Alloys Phys Rev Lett 43 19 1447 Bibcode 1979PhRvL 43 1447J doi 10 1103 PhysRevLett 43 1447 Turnbull D 1974 Amorphous Solid Formation and Interstitial Solution Behavior in Metallic Alloy System J Phys C 35 C4 C4 1 doi 10 1051 jphyscol 1974401 Chen H S Park B K 1973 Role of chemical bonding in metallic glasses Acta Metall 21 4 395 doi 10 1016 0001 6160 73 90196 X Wang R Merz D 1977 Polymorphic bonding and thermal stability of elemental noncrystalline solids Physica Status Solidi A 39 2 697 Bibcode 1977PSSAR 39 697W doi 10 1002 pssa 2210390240 Enlaces externos EditarFragilidad VFT Eqn Polimeros I Polimeros II Angell Medios de comunicacion acuosos DoITPoMS Ensenanza y Aprendiendo Paquete La Transicion de Vaso en Polimeros Datos Q825643 Multimedia Glass liquid transitionsObtenido de https es wikipedia org w index php title Transicion Vitrea amp oldid 129931238, wikipedia, wiki, leyendo, leer, libro, biblioteca,

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, española, descargar, gratis, descargar gratis, mp3, video, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, imagen, música, canción, película, libro, juego, juegos