La vitrificación (del latín vitreum , "vidrio" a través del vitrificador francés ) es la transformación de una sustancia en un vidrio , [1] es decir, un sólido amorfo no cristalino . Estructuralmente, los vidrios se diferencian de los líquidos y poseen un mayor grado de conectividad con la misma dimensionalidad de enlaces de Hausdorff que los cristales: dimH = 3. [2] En la producción de cerámica , la vitrificación es responsable de su impermeabilidad al agua . [3]
La vitrificación se logra generalmente calentando los materiales hasta que se licúan y luego enfriando el líquido, a menudo rápidamente, para que pase a través de la transición vítrea para formar un sólido vítreo. Ciertas reacciones químicas también dan como resultado vasos.
En términos de química , la vitrificación es característica de materiales amorfos o sistemas desordenados y ocurre cuando la unión entre partículas elementales ( átomos , moléculas , bloques formadores) se vuelve más alta que un cierto valor umbral. [4] Las fluctuaciones térmicas rompen los enlaces; por lo tanto, cuanto menor sea la temperatura , mayor será el grado de conectividad. Debido a eso, los materiales amorfos tienen una temperatura umbral característica denominada temperatura de transición vítrea ( T g ): por debajo de T g, los materiales amorfos son vítreos mientras que por encima de T g están fundidos.
Las aplicaciones más habituales se encuentran en la elaboración de cerámica , vidrio y algunos tipos de alimentos, pero existen muchas otras, como la vitrificación de un líquido anticongelante en criopreservación .
En un sentido diferente de la palabra, la incrustación de material dentro de una matriz vítrea también se llama vitrificación . Una aplicación importante es la vitrificación de desechos radiactivos para obtener una sustancia que, con suerte, sea más segura y estable para su eliminación.
Durante la erupción del Monte Vesubio en 79 EC, el cerebro de una víctima fue vitrificado por el calor extremo de la ceniza volcánica . [5] [6] [7] [8]
Cerámica
La vitrificación es la fusión parcial progresiva de una arcilla , o de un cuerpo, como resultado de un proceso de cocción . A medida que avanza la vitrificación, la proporción de unión vítrea aumenta y la porosidad aparente del producto cocido se reduce progresivamente. [3] [9] Los cuerpos vítreos tienen porosidad abierta y pueden ser opacos o translúcidos . En este contexto, la "porosidad cero" se puede definir como menos del 1% de absorción de agua. Sin embargo, varios procedimientos estándar definen las condiciones de absorción de agua. [10] [11] [12] Un ejemplo es el de ASTM , que afirma que "El término vítreo generalmente significa menos del 0.5% de absorción, excepto para pisos y revestimientos cerámicos y aislantes eléctricos de bajo voltaje , que se consideran vítreos hasta en un 3%. absorción de agua." [13]
La cerámica puede hacerse impermeable al agua mediante vidriado o vitrificación. La porcelana , la porcelana china y los artículos sanitarios son ejemplos de cerámica vitrificada y son impermeables incluso sin vidriado. El gres puede estar vitrificado o semivitrificado; el último tipo no sería impermeable sin vidriado. [14] [3] [15]
Aplicaciones
Cuando la sacarosa se enfría lentamente da como resultado azúcar cristal (o caramelo de roca ), pero cuando se enfría rápidamente puede formar un algodón de azúcar almibarado ( algodón de azúcar ).
La vitrificación también puede ocurrir en un líquido como el agua, generalmente a través de un enfriamiento muy rápido o la introducción de agentes que suprimen la formación de cristales de hielo . Esto contrasta con la congelación ordinaria que da como resultado la formación de cristales de hielo. La vitrificación se utiliza en microscopía crioelectrónica para enfriar muestras tan rápidamente que se pueden obtener imágenes con un microscopio electrónico sin dañarlas. [16] [17] En 2017, se otorgó el premio Nobel de química por el desarrollo de esta tecnología, que se puede utilizar para obtener imágenes de objetos como proteínas o partículas de virus. [18]
El vidrio ordinario de cal sodada , utilizado en ventanas y recipientes para beber, se crea mediante la adición de carbonato de sodio y cal ( óxido de calcio ) al dióxido de silicio . Sin estos aditivos, el dióxido de silicio requerirá una temperatura muy alta para obtener una masa fundida y, posteriormente (con enfriamiento lento) un vidrio.
La vitrificación se utiliza en la eliminación y almacenamiento a largo plazo de desechos nucleares u otros desechos peligrosos [19] en un método llamado geomelting . Los desechos se mezclan con productos químicos formadores de vidrio en un horno para formar vidrio fundido que luego se solidifica en botes, inmovilizando así los desechos. La forma de desecho final se asemeja a la obsidiana y es un material duradero que no se lixivia y atrapa eficazmente los desechos en el interior. Se asume ampliamente que tales desechos pueden almacenarse durante períodos relativamente largos de esta forma sin preocuparse por la contaminación del aire o de las aguas subterráneas . La vitrificación a granel utiliza electrodos para derretir el suelo y los desechos donde yacen enterrados. Los desechos endurecidos pueden desenterrarse con menos peligro de contaminación generalizada. Según Pacific Northwest National Labs , "la vitrificación bloquea los materiales peligrosos en una forma de vidrio estable que durará miles de años". [20]
Vitrificación en criopreservación
La vitrificación en criopreservación se utiliza para conservar, por ejemplo, óvulos humanos ( ovocitos ) (en criopreservación de ovocitos ) y embriones (en criopreservación de embriones ).
Actualmente, las técnicas de vitrificación solo se han aplicado al cerebro ( neurovitrificación ) por Alcor y a la parte superior del cuerpo por el Cryonics Institute , pero ambas organizaciones están investigando para aplicar la vitrificación a todo el cuerpo.
Muchas plantas leñosas que viven en regiones polares vitrifican naturalmente sus células para sobrevivir al frío. Algunos pueden sobrevivir a la inmersión en nitrógeno líquido y helio líquido . [21]
Los aditivos utilizados en criobiología o producidos naturalmente por organismos que viven en regiones polares se denominan crioprotectores .
Ver también
- Criogenia
- Cristalización
- Sobreenfriamiento
- Fuerte vitrificado
Literatura
- Steven Ashle (junio de 2002). "Dividir y vitrificar" (PDF) . Scientific American . 286 (6): 17-19. Código bibliográfico : 2002SciAm.286f..17A . doi : 10.1038 / scientificamerican0602-17 . Consultado el 10 de mayo de 2015 .
- Stefan Lovgren, "Cadáveres congelados para el futuro renacimiento por Arizona Company" , marzo de 2005, National Geographic
Referencias
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