Transición de fase

Proceso físico de transición entre estados básicos de la materia.

Este diagrama muestra la nomenclatura para las diferentes transiciones de fase.

En química , termodinámica y muchos otros campos relacionados, las transiciones de fase (o cambios de fase ) son los procesos físicos de transición entre un estado de un medio, identificado por algunos parámetros, y otro, con diferentes valores de los parámetros. Comúnmente, el término se usa para referirse a cambios entre los estados básicos de la materia : sólido , líquido y gas , así como plasma en casos raros.

Por ejemplo, una fase de un sistema termodinámico y los estados de la materia tienen propiedades físicas uniformes . Durante una transición de fase de un medio dado, ciertas propiedades del medio cambian, a menudo de manera discontinua, como resultado del cambio de condiciones externas, como temperatura , presión u otras. Por ejemplo, un líquido puede convertirse en gas al calentarse hasta el punto de ebullición , lo que da como resultado un cambio brusco de volumen. La medición de las condiciones externas en las que se produce la transformación se denomina transición de fase. Las transiciones de fase ocurren comúnmente en la naturaleza y se utilizan hoy en muchas tecnologías.

Tipos de transición de fase

Un diagrama de fase típico. La línea de puntos da el comportamiento anómalo del agua .

Ejemplos de transiciones de fase incluyen:

• Las transiciones entre las fases sólida, líquida y gaseosa de un solo componente, debido a los efectos de la temperatura y / o presión :

Transiciones de fase de la materia (

• v
• t
• mi

)

Para De	Sólido	Líquido	Gas	Plasma
Sólido		Derritiendo	Sublimación
Líquido	Congelación		Vaporización
Gas	Declaración	Condensación		Ionización
Plasma			Recombinación

Ver también la presión de vapor y el diagrama de fases.

Un pequeño trozo de argón sólido que se derrite rápidamente que muestra la transición de sólido a líquido. El humo blanco es vapor de agua condensado, que muestra una transición de fase de gas a líquido.

Comparación de diagramas de fase de dióxido de carbono (rojo) y agua (azul) que explican sus diferentes transiciones de fase a 1 atmósfera

Física de la Materia Condensada
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v t mi

• Una transformación eutéctica , en la que un líquido monofásico de dos componentes se enfría y se transforma en dos fases sólidas. El mismo proceso, pero comenzando con un sólido en lugar de un líquido se llama transformación eutectoide .
• A metaestable a la transformación de fase de equilibrio. Un polimorfo metaestable que se forma rápidamente debido a una menor energía superficial se transformará en una fase de equilibrio si se le da suficiente entrada térmica para superar una barrera energética.
• Una transformación peritéctica , en la que un sólido monofásico de dos componentes se calienta y se transforma en una fase sólida y una fase líquida.
• Una descomposición espinodal , en la que una sola fase se enfría y se separa en dos composiciones diferentes de esa misma fase.
• Transición a una mesofase entre sólido y líquido, como una de las fases de " cristal líquido ".
• La transición entre las fases ferromagnética y paramagnética de materiales magnéticos en el punto Curie .
• La transición entre diferente ordenada, acorde o inconmensurables , estructuras magnéticas, tales como en cerio antimonide .
• La transformación martensítica que se produce como una de las muchas transformaciones de fase en el acero al carbono y se erige como modelo para las transformaciones de fase desplazadora .
• Cambios en la estructura cristalográfica como entre ferrita y austenita de hierro.
• Transiciones de orden-desorden como en aluminuros de alfa- titanio .
• La dependencia de la geometría de adsorción de la cobertura y la temperatura, como para el hidrógeno sobre el hierro (110).
• La aparición de superconductividad en ciertos metales y cerámicas cuando se enfrían por debajo de una temperatura crítica.
• La transición entre diferentes estructuras moleculares ( polimorfos , alótropos o poliamorfos ), especialmente de sólidos, como entre una estructura amorfa y una estructura cristalina , entre dos estructuras cristalinas diferentes o entre dos estructuras amorfas.
• Condensación cuántica de fluidos bosónicos ( condensación de Bose-Einstein ). La transición de superfluidos en helio líquido es un ejemplo de esto.
• La ruptura de simetrías en las leyes de la física durante la historia temprana del universo a medida que se enfriaba su temperatura.
• El fraccionamiento de isótopos ocurre durante una transición de fase, la proporción de isótopos ligeros a pesados ​​en las moléculas involucradas cambia. Cuando el vapor de agua se condensa (un fraccionamiento de equilibrio ), los isótopos de agua más pesados ​​( ¹⁸ O y ² H) se enriquecen en la fase líquida, mientras que los isótopos más ligeros ( ¹⁶ O y ¹ H) tienden hacia la fase de vapor. ^[1]

Las transiciones de fase ocurren cuando la energía libre termodinámica de un sistema no es analítica para alguna elección de variables termodinámicas (cf. fases ). Esta condición generalmente proviene de las interacciones de una gran cantidad de partículas en un sistema y no aparece en sistemas que son demasiado pequeños. Es importante tener en cuenta que pueden ocurrir transiciones de fase y se definen para sistemas no termodinámicos, donde la temperatura no es un parámetro. Los ejemplos incluyen: transiciones de fase cuántica, transiciones de fase dinámica y transiciones de fase topológica (estructural). En este tipo de sistemas, otros parámetros sustituyen a la temperatura. Por ejemplo, la probabilidad de conexión reemplaza la temperatura para las redes de filtración.

En el punto de transición de fase (por ejemplo, el punto de ebullición ), las dos fases de una sustancia, líquido y vapor , tienen energías libres idénticas y, por lo tanto, es igualmente probable que existan. Por debajo del punto de ebullición, el líquido es el estado más estable de los dos, mientras que por encima se prefiere la forma gaseosa.

A veces es posible cambiar el estado de un sistema diabáticamente (en contraposición a adiabáticamente ) de tal manera que se pueda llevar más allá de un punto de transición de fase sin experimentar una transición de fase. El estado resultante es metaestable , es decir, menos estable que la fase a la que se habría producido la transición, pero tampoco inestable. Esto ocurre en el sobrecalentamiento , el sobreenfriamiento y la sobresaturación , por ejemplo.

Clasificaciones

Clasificación Ehrenfest

Paul Ehrenfest clasificó las transiciones de fase basándose en el comportamiento de la energía libre termodinámica en función de otras variables termodinámicas. ^[2] Bajo este esquema, las transiciones de fase fueron etiquetadas por la derivada más baja de la energía libre que es discontinua en la transición. Las transiciones de fase de primer orden exhiben una discontinuidad en la primera derivada de la energía libre con respecto a alguna variable termodinámica. ^[3] Las diversas transiciones sólido / líquido / gas se clasifican como transiciones de primer orden porque implican un cambio discontinuo en la densidad, que es la (inversa de) la primera derivada de la energía libre con respecto a la presión. Transiciones de fase de segundo ordenson continuos en la primera derivada (el parámetro de orden , que es la primera derivada de la energía libre con respecto al campo externo, es continuo a lo largo de la transición) pero exhiben discontinuidad en una segunda derivada de la energía libre. ^[3] Estos incluyen la transición de fase ferromagnética en materiales como el hierro, donde la magnetización , que es la primera derivada de la energía libre con respecto a la fuerza del campo magnético aplicado, aumenta continuamente desde cero a medida que la temperatura desciende por debajo de la temperatura de Curie. . La susceptibilidad magnética, la segunda derivada de la energía libre con el campo, cambia de forma discontinua. Según el esquema de clasificación de Ehrenfest, en principio podría haber transiciones de fase de tercer, cuarto y orden superior.

La clasificación de Ehrenfest permite implícitamente transformaciones de fase continuas, donde el carácter de enlace de un material cambia, pero no hay discontinuidad en ninguna derivada de energía libre. Un ejemplo de esto ocurre en los límites supercríticos líquido-gas .

Clasificaciones modernas

En el esquema de clasificación moderno, las transiciones de fase se dividen en dos categorías amplias, denominadas de manera similar a las clases de Ehrenfest: ^[2]

Las transiciones de fase de primer orden son aquellas que involucran un calor latente . Durante dicha transición, un sistema absorbe o libera una cantidad fija (y generalmente grande) de energía por volumen. Durante este proceso, la temperatura del sistema se mantendrá constante a medida que se agrega calor: el sistema está en un "régimen de fase mixta" en el que algunas partes del sistema han completado la transición y otras no. ^{[4] [5]} Ejemplos conocidos son el derretimiento del hielo o la ebullición del agua (el agua no se convierte instantáneamente en vapor , sino que forma una mezcla turbulenta de agua líquida y burbujas de vapor). Imry y Wortis demostraron que el desorden sofocadopuede ampliar una transición de primer orden. Es decir, la transformación se completa en un rango finito de temperaturas, pero fenómenos como el sobreenfriamiento y el sobrecalentamiento sobreviven y se observa histéresis en los ciclos térmicos. ^{[6] [7] [8]}

Las transiciones de fase de segundo orden también se denominan "transiciones de fase continua" . Se caracterizan por una susceptibilidad divergente, una longitud de correlación infinita y una disminución de la ley de potencia de las correlaciones cercanas a la criticidad . Ejemplos de transiciones de fase de segundo orden son la transición ferromagnética , transición superconductora (para un superconductor de Tipo I, la transición de fase es de segundo orden en un campo externo cero y para un superconductor de Tipo II la transición de fase es de segundo orden para ambos transiciones estado-estado mixto y estado mixto-estado superconductor) y el superfluidotransición. En contraste con la viscosidad, la expansión térmica y la capacidad calorífica de los materiales amorfos muestran un cambio relativamente repentino en la temperatura de transición vítrea ^[9] que permite una detección precisa utilizando mediciones de calorimetría de barrido diferencial . Lev Landau dio una teoría fenomenológica de las transiciones de fase de segundo orden.

Además de las transiciones de fase simples y aisladas, existen líneas de transición, así como puntos multicríticos , al variar parámetros externos como el campo magnético o la composición.

Varias transiciones se conocen como transiciones de fase de orden infinito . Son continuos pero no rompen simetrías . El ejemplo más famoso es la transición Kosterlitz-Thouless en el modelo XY bidimensional . Muchas transiciones de fase cuántica , por ejemplo, en gases de electrones bidimensionales , pertenecen a esta clase.

La transición líquido-vítreo se observa en muchos polímeros y otros líquidos que pueden sobreenfriarse muy por debajo del punto de fusión de la fase cristalina. Esto es atípico en varios aspectos. No es una transición entre estados fundamentales termodinámicos: se cree ampliamente que el verdadero estado fundamental es siempre cristalino. El vidrio es un estado de desorden apagado , y su entropía, densidad, etc., dependen del historial térmico. Por tanto, la transición vítrea es principalmente un fenómeno dinámico: al enfriar un líquido, los grados de libertad internos se desequilibran sucesivamente. Algunos métodos teóricos predicen una transición de fase subyacente en el límite hipotético de tiempos de relajación infinitamente largos. ^{[10] [11]} Ninguna evidencia experimental directa respalda la existencia de estas transiciones.

Se ha demostrado que la transición de gelificación de partículas coloidales es una transición de fase de segundo orden en condiciones de no equilibrio . ^[12]

Propiedades caracteristicas

Coexistencia de fases

Una transición de primer orden ensanchada por el desorden ocurre en un rango finito de temperaturas donde la fracción de la fase de equilibrio de baja temperatura crece de cero a uno (100%) a medida que baja la temperatura. Esta variación continua de las fracciones coexistentes con la temperatura planteó interesantes posibilidades. Al enfriarse, algunos líquidos se vitrifican en un vidrio en lugar de transformarse en la fase cristalina de equilibrio. Esto sucede si la velocidad de enfriamiento es más rápida que una velocidad de enfriamiento crítica, y se atribuye a que los movimientos moleculares se vuelven tan lentos que las moléculas no pueden reorganizarse en las posiciones de los cristales. ^[13] Esta desaceleración ocurre por debajo de una temperatura de formación de vidrio T _g , que puede depender de la presión aplicada. ^{[9] [14]}Si la transición de congelación de primer orden ocurre en un rango de temperaturas, y T _g cae dentro de este rango, entonces existe una posibilidad interesante de que la transición se detenga cuando es parcial e incompleta. La extensión de estas ideas a las transiciones magnéticas de primer orden que se detienen a bajas temperaturas, dio como resultado la observación de transiciones magnéticas incompletas, con dos fases magnéticas coexistiendo, hasta la temperatura más baja. Reportado por primera vez en el caso de una transición ferromagnética a anti-ferromagnética, ^[15] esta coexistencia de fase persistente ahora se ha reportado a través de una variedad de transiciones magnéticas de primer orden. Estos incluyen materiales de manganita de magnetorresistencia colosal, ^{[16] [17]} materiales magnetocalóricos,^[18] materiales con memoria de forma magnética, ^[19] y otros materiales. ^[20] La característica interesante de estas observaciones de T _g dentro del rango de temperatura sobre el cual ocurre la transición es que la transición magnética de primer orden está influenciada por el campo magnético, al igual que la transición estructural está influenciada por la presión. La relativa facilidad con la que se pueden controlar los campos magnéticos, en contraste con la presión, plantea la posibilidad de que se pueda estudiar la interacción entre T _g y T _c de manera exhaustiva. La coexistencia de fases a través de transiciones magnéticas de primer orden permitirá la resolución de problemas pendientes en la comprensión de las gafas.

Puntos críticos

En cualquier sistema que contenga fases líquidas y gaseosas, existe una combinación especial de presión y temperatura, conocida como el punto crítico , en el que la transición entre líquido y gas se convierte en una transición de segundo orden. Cerca del punto crítico, el fluido está lo suficientemente caliente y comprimido que la distinción entre las fases líquida y gaseosa es casi inexistente. Esto está asociado con el fenómeno de opalescencia crítica , una apariencia lechosa del líquido debido a las fluctuaciones de densidad en todas las longitudes de onda posibles (incluidas las de la luz visible).

Simetría

Las transiciones de fase a menudo implican un proceso de ruptura de simetría . Por ejemplo, el enfriamiento de un fluido en un sólido cristalino rompe la simetría de traslación continua : cada punto en el fluido tiene las mismas propiedades, pero cada punto en un cristal no tiene las mismas propiedades (a menos que los puntos se elijan de los puntos de la red de la celosía de cristal). Por lo general, la fase de alta temperatura contiene más simetrías que la fase de baja temperatura debido a la ruptura espontánea de la simetría , con la excepción de ciertas simetrías accidentales (por ejemplo, la formación de partículas virtuales pesadas , que solo ocurre a bajas temperaturas). ^[21]

Parámetros de pedido

Un parámetro de orden es una medida del grado de orden a través de los límites en un sistema de transición de fase; normalmente oscila entre cero en una fase (normalmente por encima del punto crítico) y distinto de cero en la otra. ^[22] En el punto crítico, la susceptibilidad del parámetro de orden suele divergir.

Un ejemplo de un parámetro de orden es la magnetización neta en un sistema ferromagnético que experimenta una transición de fase. Para las transiciones líquido / gas, el parámetro de orden es la diferencia de densidades.

Desde una perspectiva teórica, los parámetros de orden surgen de la ruptura de simetría. Cuando esto sucede, es necesario introducir una o más variables adicionales para describir el estado del sistema. Por ejemplo, en la fase ferromagnética , se debe proporcionar la magnetización neta , cuya dirección se eligió espontáneamente cuando el sistema se enfrió por debajo del punto de Curie . Sin embargo, tenga en cuenta que los parámetros de orden también se pueden definir para transiciones que no rompan la simetría.

Algunas transiciones de fase, como las superconductoras y ferromagnéticas, pueden tener parámetros de orden para más de un grado de libertad. En tales fases, el parámetro de orden puede tomar la forma de un número complejo, un vector o incluso un tensor, cuya magnitud llega a cero en la transición de fase. ^[23]

También existen descripciones duales de las transiciones de fase en términos de parámetros de trastorno. Estos indican la presencia de excitaciones en forma de líneas, como vórtices o líneas de defectos .

Relevancia en cosmología

Las transiciones de fase que rompen la simetría juegan un papel importante en la cosmología . A medida que el universo se expandió y enfrió, el vacío experimentó una serie de transiciones de fase que rompieron la simetría. Por ejemplo, la transición electrodébil rompió la simetría SU (2) × U (1) del campo electrodébil en la simetría U (1) del campo electromagnético actual . Esta transición es importante para explicar la asimetría entre la cantidad de materia y antimateria en el universo actual, según la teoría de la bariogénesis electrodébil .

Las transiciones de fase progresivas en un universo en expansión están implicadas en el desarrollo del orden en el universo, como lo ilustra el trabajo de Eric Chaisson ^[24] y David Layzer . ^[25]

Véanse también las teorías del orden relacional y el orden y el desorden .

Exponentes críticos y clases de universalidad

Artículo principal: exponente crítico

Las transiciones de fase continuas son más fáciles de estudiar que las transiciones de primer orden debido a la ausencia de calor latente , y se ha descubierto que tienen muchas propiedades interesantes. Los fenómenos asociados con las transiciones continuas de fase se denominan fenómenos críticos, debido a su asociación con puntos críticos.

Resulta que las transiciones de fase continuas se pueden caracterizar por parámetros conocidos como exponentes críticos . El más importante es quizás el exponente que describe la divergencia de la longitud de la correlación térmica al aproximarse a la transición. Por ejemplo, examinemos el comportamiento de la capacidad calorífica cerca de dicha transición. Variamos la temperatura T del sistema mientras mantenemos todas las demás variables termodinámicas fijas y encontramos que la transición ocurre a alguna temperatura crítica T _c . Cuando T está cerca de T _c , la capacidad calorífica C típicamente tiene un comportamiento de ley de potencia :

${\displaystyle C\propto |T_{\text{c}}-T|^{-\alpha }.}$

La capacidad calorífica de los materiales amorfos tiene tal comportamiento cerca de la temperatura de transición vítrea donde el exponente crítico universal α = 0.59 ^[26] Se aplica un comportamiento similar, pero con el exponente ν en lugar de α , para la longitud de correlación.

El exponente ν es positivo. Esto es diferente con α . Su valor real depende del tipo de transición de fase que estemos considerando.

Se cree ampliamente que los exponentes críticos son los mismos por encima y por debajo de la temperatura crítica. Ahora se ha demostrado que esto no es necesariamente cierto: cuando una simetría continua se descompone explícitamente en una simetría discreta por anisotropías irrelevantes (en el sentido del grupo de renormalización), entonces algunos exponentes (como el exponente de la susceptibilidad) no son idéntico. ^[27]${\displaystyle \gamma }$

Para −1 < α <0, la capacidad calorífica tiene una "torsión" en la temperatura de transición. Este es el comportamiento del helio líquido en la transición lambda de un estado normal a un estado superfluido , para el cual los experimentos han encontrado α = −0.013 ± 0.003. Se realizó al menos un experimento en las condiciones de gravedad cero de un satélite en órbita para minimizar las diferencias de presión en la muestra. ^[28] Este valor experimental de α concuerda con las predicciones teóricas basadas en la teoría de perturbaciones variacionales . ^[29]

Para 0 < α <1, la capacidad calorífica diverge a la temperatura de transición (aunque, dado que α <1, la entalpía permanece finita). Un ejemplo de tal comportamiento es la transición de fase ferromagnética 3D. En el modelo de Ising tridimensional para imanes uniaxiales, estudios teóricos detallados han arrojado el exponente α ≈ +0,110.

Algunos sistemas modelo no obedecen a un comportamiento de ley de potencias. Por ejemplo, la teoría del campo medio predice una discontinuidad finita de la capacidad calorífica a la temperatura de transición, y el modelo de Ising bidimensional tiene una divergencia logarítmica . Sin embargo, estos sistemas son casos límite y una excepción a la regla. Las transiciones de fase real exhiben un comportamiento de ley de potencias.

Se definen varios otros exponentes críticos, β , γ , δ , ν y η , examinando el comportamiento de la ley de potencia de una cantidad física medible cerca de la transición de fase. Los exponentes están relacionados mediante relaciones de escala, como

${\displaystyle \beta =\gamma /(\delta -1),\quad \nu =\gamma /(2-\eta ).}$

Se puede demostrar que solo hay dos exponentes independientes, por ejemplo, ν y η .

Es un hecho notable que las transiciones de fase que surgen en diferentes sistemas a menudo poseen el mismo conjunto de exponentes críticos. Este fenómeno se conoce como universalidad . Por ejemplo, se ha descubierto que los exponentes críticos en el punto crítico líquido-gas son independientes de la composición química del fluido.

Más impresionante, pero comprensiblemente desde arriba, son una coincidencia exacta para los exponentes críticos de la transición de fase ferromagnética en imanes uniaxiales. Se dice que tales sistemas pertenecen a la misma clase de universalidad. La universalidad es una predicción de la teoría del grupo de renormalización de las transiciones de fase, que establece que las propiedades termodinámicas de un sistema cerca de una transición de fase dependen solo de un pequeño número de características, como la dimensionalidad y la simetría, y son insensibles a las propiedades microscópicas subyacentes de el sistema. Nuevamente, la divergencia de la longitud de la correlación es el punto esencial.

Ralentización crítica y otros fenómenos

También hay otros fenómenos críticos; por ejemplo, además de las funciones estáticas, también hay una dinámica crítica . Como consecuencia, en una transición de fase se puede observar una desaceleración o aceleración crítica . Las grandes clases de universalidad estática de una transición de fase continua se dividen en clases de universalidad dinámica más pequeñas . Además de los exponentes críticos, también existen relaciones universales para ciertas funciones estáticas o dinámicas de los campos magnéticos y diferencias de temperatura del valor crítico.

Teoría de la filtración

Otro fenómeno que muestra transiciones de fase y exponentes críticos es la percolación . El ejemplo más simple es quizás la percolación en un retículo cuadrado bidimensional. Los sitios están ocupados aleatoriamente con probabilidad p. Para valores pequeños de p, los sitios ocupados forman solo pequeños grupos. En un cierto umbral p _{c se forma} un cúmulo gigante y tenemos una transición de fase de segundo orden. ^[30] El comportamiento de P _∞ cerca de p _c es P _∞ ~ ( p - p _c ) ^β , donde βes un exponente crítico. Usando la teoría de la percolación, se pueden definir todos los exponentes críticos que aparecen en las transiciones de fase. ^{[31] [30]} Los campos externos también se pueden definir para sistemas de percolación de segundo orden ^[32] así como para sistemas de percolación de primer orden ^[33] . Se ha encontrado que la filtración es útil para estudiar el tráfico urbano y para identificar cuellos de botella repetitivos. ^{[34] [35]}

Transiciones de fase en sistemas biológicos

Las transiciones de fase juegan muchos papeles importantes en los sistemas biológicos. Los ejemplos incluyen la formación de la bicapa lipídica , la transición espiral-glóbulo en el proceso de plegamiento de proteínas y fusión del ADN , transiciones similares a cristales líquidos en el proceso de condensación del ADN y unión cooperativa de ligandos a ADN y proteínas con el carácter de transición de fase. ^[36]

En las membranas biológicas , las transiciones de la fase de gel a cristalino líquido desempeñan un papel fundamental en el funcionamiento fisiológico de las biomembranas. En la fase de gel, debido a la baja fluidez de las cadenas de acilo graso de los lípidos de la membrana, las proteínas de la membrana tienen un movimiento restringido y, por lo tanto, están restringidas en el ejercicio de su función fisiológica. Las plantas dependen fundamentalmente de la fotosíntesis de las membranas tilacoides del cloroplasto que están expuestas a temperaturas ambientales frías. Las membranas tilacoides retienen la fluidez innata incluso a temperaturas relativamente bajas debido al alto grado de desorden de acilo graso permitido por su alto contenido de ácido linolénico, cadena de 18 carbonos con 3 dobles enlaces. ^[37]La temperatura de transición de la fase cristalina de gel a líquido de las membranas biológicas se puede determinar mediante muchas técnicas que incluyen calorimetría, fluorescencia, resonancia paramagnética de electrones de etiquetas de espín y RMN registrando mediciones del parámetro en cuestión mediante una serie de temperaturas de muestra. También se ha propuesto un método simple para su determinación a partir de las intensidades de la línea de 13-C NMR. ^[38]

Se ha propuesto que algunos sistemas biológicos podrían encontrarse cerca de puntos críticos. Los ejemplos incluyen redes neuronales en la retina de salamandra, ^[39] bandadas de aves ^[40] redes de expresión génica en Drosophila, ^[41] y plegamiento de proteínas. ^[42] Sin embargo, no está claro si razones alternativas podrían explicar algunos de los fenómenos que respaldan los argumentos a favor de la criticidad. ^[43] También se ha sugerido que los organismos biológicos comparten dos propiedades clave de las transiciones de fase: el cambio de comportamiento macroscópico y la coherencia de un sistema en un punto crítico. ^[44]

El rasgo característico de las transiciones de fase de segundo orden es la aparición de fractales en algunas propiedades libres de escala. Se sabe desde hace mucho tiempo que los glóbulos de proteínas se forman mediante interacciones con el agua. Hay 20 aminoácidos que forman grupos laterales en las cadenas de péptidos de proteínas que van desde hidrófilos a hidrófobos, lo que hace que los primeros se encuentren cerca de la superficie globular, mientras que los últimos se encuentran más cerca del centro globular. Se descubrieron veinte fractales en áreas de superficie asociadas a solventes de> 5000 segmentos de proteína. ^[45] La existencia de estos fractales demuestra que las proteínas funcionan cerca de los puntos críticos de las transiciones de fase de segundo orden.

En grupos de organismos en estrés (cuando se acercan a transiciones críticas), las correlaciones tienden a aumentar, mientras que al mismo tiempo, las fluctuaciones también aumentan. Este efecto está respaldado por muchos experimentos y observaciones de grupos de personas, ratones, árboles y plantas herbáceas. ^[46]

Experimental

Se aplican diversos métodos para estudiar los diversos efectos. Algunos ejemplos seleccionados son:

• Termogravimetría (muy común)
• difracción de rayos X
• Difracción de neutrones
• Espectroscopía Raman
• CALAMAR (medida de transiciones magnéticas)
• Efecto Hall (medición de transiciones magnéticas)
• Espectroscopía de Mössbauer (medición simultánea de transiciones magnéticas y no magnéticas. Limitado hasta aproximadamente 800-1000 ° C)
• Correlación angular perturbada (medición simultánea de transiciones magnéticas y no magnéticas. Sin límites de temperatura. Más de 2000 ° C ya realizado, teórico posible hasta el material cristalino más alto, como el carburo de tántalo y hafnio 4215 ° C.)

Ver también

• Alotropía
• Reacciones autocatalíticas y creación de pedidos
• Crecimiento de cristales
  • Crecimiento anormal de granos
• Calorimetría diferencial de barrido
• Transformaciones sin difusión
• Ecuaciones de Ehrenfest
• Jamming (física)
• Microscopio de fuerza de sonda Kelvin
• Teoría de Landau de las transiciones de fase de segundo orden
• Crecimiento de pedestal calentado por láser
• Lista de estados de la materia
• Micro-tirando hacia abajo
• Teoría de la filtración
  • Teoría de la percolación continua
• Película superfluida
• Transición de fase superradiante
• Teoría de campos cuánticos topológicos

Referencias

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Otras lecturas

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• HE Stanley, Introducción a las transiciones de fase y fenómenos críticos (Oxford University Press, Oxford y Nueva York 1971).
• Yeomans JM, Mecánica estadística de las transiciones de fase , Oxford University Press, 1992.

enlaces externos

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con los cambios de fase .

• Transiciones de fase interactivas en celosías con subprogramas de Java
• Clases de universalidad de Sklogwiki