Un líquido que es sólido

Empezaría diciendo que nos han enseñado siempre que los tres estados de la materia son el sólido, el líquido y el gaseoso, pero que existen estados que no se deciden entre dos, pero ya han leído cosas tan padres en este blog, que esto ya no les debe de sorprender. Pero bueno, hoy les quiero hablar de líquidos que se comportan como sólidos, pero siguen siendo líquidos y que se encuentran mucho a nuestro alrededor: se trata de un caso particular de los líquidos sobreenfriados.

Making Glass

Horno donde se calienta el vidrio para después sobreenfriarlo.

Nos han enseñado que si tenemos un líquido y lo enfriamos, a cierta temperatura, éste empieza a solidificarse y pasa a ser un estado sólido. Pero hay líquidos que, si se enfrían con el suficiente cuidado pueden seguir siendo líquidos aunque estén por debajo de dicha temperatura (su temperatura de fusión). A estos se les conoce como líquidos sobreenfriados. En este estado, el más mínimo cambio, como una vibración, podría lograr que algunos de estos líquidos se volvieran sólidos, como pasa con el agua. Pero hay algunos líquidos que se pueden sobreenfriar muy por debajo de su temperatura de fusión. Los líquidos tienen una propiedad llamada viscosidad que es la resistencia a fluir. Así por ejemplo, es más fácil hacer pasar un chorrito de agua por un orificio que un chorrito de miel; la miel tiene mayor viscosidad. Así, pues estos líquidos que se pueden sobreenfriar demasiado conforme disminuye la temperatura, aumentan mucho su viscosidad. Aumentan tanto su viscosidad, que al bajar de una cierta temperatura, llamada temperatura de transición, a simple vista parecen sólidos, pero que si se analizan, aparecen como líquidos. Si esto pasa, decimos que se ha formado un vidrio.

Kalk-Natron-Glas 2D, por 127.0.0.l en Wikimedia Commons. Liberado bajo una licencia CC 3.0 By-Sa.

Estructura en 2-D de las moléculas de vidrio. Se ve que es más desordenado que el sólido cristalino.

Bentley Snowflake20

Fotografía de un cristal de nieve, donde se muestra su estructura geométrica hexagonal.

¡¿Qué?! Primera sorpresa de la noche: ¿Cómo que el vidrio es un líquido? Pues así es. El vidrio no es un sólido, es un líquido. Sobreenfriado, pero al fin líquido. Los vidrios que vemos normalmente son hechos de óxidos metálicos, siendo el de silicio el más común y tienen que sobreenfriarse a más de 1 300 °C. ¿Pero cuál es la diferencia entre un líquido sobreenfriado muy viscoso y un líquido solidificado?

Piensen por ejemplo en un hielo (un cristal de agua). Si se fragmenta en trozos cada vez más pequeños, mantendrá una estructura geométrica muy ordenada, de hecho si lo observamos a escalas muy pequeñas, veremos que los cristales tienen forma hexagonal. Por otro lado, el vidrio es un sólido cuyo “orden” desaparece mientras más cerca hacemos el zoom. Es lo que se conoce como un sólido amorfo. Incluso podemos medir el desorden de una sustancia (conocido como entropía) y, efectivamente, al ver un líquido sobreenfriado, arroja que presenta más desorden que un líquido solidificado.

Las moléculas de los vidrios permanecen “congeladas” por la alta viscosidad, y tardan mucho en llegar a su estado cristalino. Algunos vidrios, como los magníficos emplomados de las catedrales góticas, se estima tomarán algunos miles de años en cristalizar. Cuando esto pase, el vidrio será un sólido cirstalino y ¡crack! se romperá sin razón aparente. Este proceso puede acelerarse por agentes externos, como golpes o cambios de temperatura.

York Chapter House

Vidrios de la catedral gótica de York, que eventualmente cristalizarán y se romperán.

Ok, ok. Ya vimos qué pasa cuando se logra sobreenfriar un líquido. ¿Pero qué pasa si a un vidrio se le eleva arriba de su temperatura de transición? Pues que puede ocurrir una cristalización, el vidrio se hace cristal y ocurre la desvitrificación. Aparecen una serie de pequeños cristales dentro del vidrio y el vidrio pierde dureza y se estropea.
Hay diferentes vidrios a nuestro alrededor, desde las ventanas hasta las joyas de cristal cortado, y cada clase depende de su pureza y del proceso seguido para sobreenfriarlos. La humanidad los conoce desde hace más de 4000 años, pero aún hay muchas propiedades que no se han comprendido del todo. Sobre todo, el proceso de formación aún sigue cubierto por una neblina, que cuando se logre disipar, dará aplicaciones tecnológicas, como la creación de vidrios a partir de aleaciones metálicas que funcionen como conductores.

Yo en este momento iré a tomar agua en un recipiente líquido, mientras veo a través de mi ventana líquida.

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2 comentarios el “Un líquido que es sólido

  1. Genial aporte 🙂 leí en un artículo que los ventanales de una catedral de París (los cuales tienen más de 500 años) se han adelgazado en la parte superior y se engrosaron en la base…

    SALUDOS

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