EL ESTADO VÍTREO Y LA TRANSICIÓN VÍTREA. INTRODUCCIÓN * ¿ Qué es un sólido ? Un material que...

EL ESTADO VÍTREOY

LA TRANSICIÓN VÍTREA

INTRODUCCIÓN

* ¿ Qué es un sólido ?

Un material que no fluye, es decir, su viscosidad será:

1013 - 1014 poise

Ecuación de Maxwell para el tiempo de relajación “transversal”:

= G

Tipos de desorden:

desorden topológico desorden de spin

desorden vibracionaldesorden substitucional

CRISTAL AMORFO

Differential Scanning Calorimetry

Differential Thermal Analysis

DEFINICIONES

Cristal perfecto: sólido en el que los átomos (o grupos de átomos) presentan una periodicidad perfecta, u orden traslacional a largo alcance, hasta el infinito.

Sólidos desordenados

SÓLIDOS NO CRISTALINOS = AMORFOS:los que no poseen orden traslacional a largo alcance

VIDRIOS: sólidos amorfos que presentan

“transición vítrea”

Tabla representativa de diferentes sólidos amorfos,sus tipos de enlace químico y sus temperaturas de transición vítrea:

MÉTODOS DE PREPARACIÓN Y APLICACIONES DE LOS VIDRIOS Y LOS SÓLIDOS AMORFOS

Melt quenching Splat cooling Melt spinning Thermal evaporation Sputtering Glow-discharge decomposition Chemical vapor deposition Sol-gel processes Electrolytic deposition Reaction amorphization Irradiation Pressure-induced amorphization Solid-state diffusional amorphization

melt quenching splat cooling thermal evaporation

melt spinning

~ 10-3 K/s ~ 102 K/s ~ 105 K/s ~ 1010 K/s

~ 107 K/s

cristales amorfos

Continuous Random Network (Zachariasen, 1932)

ESTRUCTURA DE LOS SÓLIDOS NO CRISTALINOS

a) A ; b) A2B3

Función de distribución radial

J (r) = 4 r 2 (r)

Geometría básica de los experimentos de difracción

k = (4 / ) sen

I (k)

= h c / E

= h / (2·m·E)1/2

J (r) = 4 r 2 (r)

EL ESTADO VÍTREO Y LA TRANSICIÓN VÍTREA:ASPECTOS TERMODINÁMICOS Y CINÉTICOS

* ¿Es la transición vítrea una verdadera transición de fase termodinámica?

Tg depende de la velocidad

de enfriamiento

Tg depende de la historia

térmica

Relaciones de Ehrenfest

p

Tg

CTV

dP

dTdSdS

21

T

Tg

dP

dTdVdV

21

12

T

pT

TV

CR

El cociente de Prigogine-Defay

debería ser =1 si fuera una transición de fase con un único parámetro de orden.

THE KAUZMANN PARADOX

)(lnTdCSSmT

T

pF

EXCESO DE ENTROPÍA:

crystalglassliquid SSS /

0)( KTTSTK

W. Kauzmann, Chem. Rev. 43, 219 (1948)

THE KAUZMANN PARADOX

STRONG AND FRAGILE GLASS-FORMING LIQUIDS

STRONG AND FRAGILE GLASS-FORMING LIQUIDS

C. A. Angell, J. Non-Cryst. Solids 102, 205 (1988)

TEORÍAS DE LA TRANSICIÓN VÍTREA

•Teoría del volumen libre

•Teoría entrópica de Adam y Gibbs

•Teoría del “mode coupling”

* paradigma del Paisaje de Energías

Evolution of the self-intermediate scattering function for a supercooled Lennard-Jonesbinary mixture (molecular dynamics simulation for 1000 atoms).

THE ENERGY LANDSCAPE