Las transiciones de fase nos rodean; por ejemplo, el agua líquida se convierte en hielo cuando se congela y en vapor cuando se hierve. Ahora, los investigadores de la Carnegie Institution for Science * han descubierto un nuevo fenómeno de la llamada metaestabilidad en una fase líquida.El líquido metaestable no es del todo estable. Este estado es común en los líquidos sobreenfriados, que son líquidos que se enfrían por debajo del punto de congelación sin convertirse en un sólido o un cristal. Ahora, los científicos informan la primera evidencia experimental de la creación de un líquido metaestable directamente por el contrarioenfoque: fundir un cristal sólido a alta presión del bismuto metálico mediante un proceso de descompresión por debajo de su punto de fusión.
Los resultados, informados en la edición del 23 de enero de 2017 de Comunicaciones de la naturaleza , podría ser importante para desarrollar nuevos materiales y para comprender la dinámica de los interiores planetarios, como los terremotos, porque un líquido metaestable podría actuar como lubricante afectando fuertemente la dinámica del interior de la Tierra.
"Las transiciones de fase vienen en dos 'sabores' básicos", explicó el coautor de Carnegie, Guoyin Shen, director del Equipo de acceso colaborativo de alta presión en Advanced Photon Source *. "En un tipo, los enlaces químicos no se rompen comoel material va de una fase a otra. Pero cambian en orientación y longitud de manera ordenada. La otra, llamada transición de fase reconstructiva, es más caótica, pero la más frecuente en la naturaleza y el enfoque de este estudio. En estas transiciones, partes de los enlaces químicos se rompen y la estructura cambia significativamente cuando entra en una nueva fase ".
La presión se puede usar para cambiar la fase de un material además de calentar y enfriar. Los científicos colocaron una forma de bismuto cristalino en una celda de yunque de diamante inductora de presión, y la sometieron a presiones y descompresión que van desde 32,000 veces la presión atmosférica3.2 GPa a 12,000 atmósferas 1.2 GPa a una temperatura de 420 ° F 489 K. Solo bajo descompresión, a aproximadamente 23,000 atmósferas, el bismuto se derrite en un líquido. Luego, a 12,000 atmósferas se recristaliza.
"La riqueza en la estructura cristalina del bismuto es particularmente útil para presenciar cambios en la estructura de un material", comentó el autor principal, Chuanlong Lin.
Los investigadores tomaron imágenes de los cambios utilizando una técnica llamada difracción de rayos X, que usa rayos X de energía mucho más alta que los que usamos para imágenes médicas y, por lo tanto, puede discernir la estructura a nivel atómico. Llevaron a cabo cinco rondas diferentes de compresión / descompresión deexperimentos.
"El bismuto mostró un líquido metaestable en el proceso de transiciones de fase sólido-sólido bajo descompresión a aproximadamente 23,000 a 15,000 atmósferas", dijo Lin.
Los científicos también descubrieron que el estado metaestable puede durar horas por debajo del punto de fusión en condiciones estáticas. Curiosamente, el líquido metaestable producido por la descompresión ocurrió en un rango de presión-temperatura similar al lugar donde se produce el bismuto superenfriado.
"Debido a que las transiciones de fase reconstructiva son el tipo más fundamental, esta investigación proporciona una nueva forma de comprender cómo cambian los diferentes materiales", dijo Shen. "Es posible que otros materiales puedan mostrar un líquido metaestable similar cuando se someten a transiciones reconstructivas y queeste fenómeno es más frecuente de lo que pensamos. Los resultados sin duda conducirán a innumerables sorpresas tanto en la ciencia de los materiales como en la ciencia planetaria en los próximos años ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Carnegie Institution for Science . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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