Transició Vítrea
La transició vítreo-líquit, o transició vítrea, és la transició gradual i reversible en materials amorfos (o en regions amorfas dins de materials semicristalinos), des d'un estat "vítreo" dur i relativament trencadiç a un estat viscós o gomoso a mida que aumenta la temperatura.[1] Un sòlit amorfo que mostra una transició vítrea es diu vidre. La transició inversa, que es conseguix en gelar massa un líquit viscós en l'estat de vidre, es diu vitrificació.
La temperatura de transició vítrea Tg d'un material caracterisa el ranc de temperatures en el que es produïx esta transició vítrea. Sempre és més baixa que la temperatura de fusió, Tm, de l'estat cristalí del material, si existix.
Els plàstics durs com el poliestireno i el poli (metacrilato de metilo) s'usen molt per baix de les seues temperatures de transició vítrea, és dir, quan estan en el seu estat vítreo. Els seus valors de Tg estan molt per damunt de la temperatura ambiente, abdós a uns 100 °C (212 °F). Els elastòmers de caucho com el poliisopreno i el poliisobutileno s'utilisen per damunt de la seua Tg, és dir, en l'estat gomoso, a on són suaus i flexibles.[2]
A pesar del canvi en les propietats físiques d'un material a través de la seua transició vítrea, la transició no es considera una transició de fase; més be és un fenomen que s'estén sobre un ranc de temperatura i està definit per una de vàries convencions.[3][4] Dites convencions inclouen una velocitat de refredat constant (20 kelvins per minut (36 °F/min)).[1] i un llindar de viscosidad de 1012 Pa · s, entre uns atres. En gelar-se o calfar-se a través d'este ranc de transició vítrea, el material també mostra un pas suau en el coeficient d'expansió tèrmica i en la calor específica, i l'ubicació d'estos efectes depén novament de l'història del material.[5] La qüestió de si alguna transició de fase subyacer a la transició vítrea és una qüestió d'investigació contínua.[3][4][6]
Introducció
[editar | editar còdic]La transició vítrea d'un líquit a un estat sòlit pot ocórrer per refredat o compressió.[7] La transició comprén un aument suau de la viscosidad d'un material en fins a 17 órdens de magnitut dins d'un ranc de temperatura de 500 K sense cap canvi pronunciat en l'estructura del matèria.[8] La conseqüència d'este aument dramàtic és un vidre que exhibix propietats mecàniques sòlides en l'escala de temps de l'observació pràctica. Esta transició contrasta en la transició de congelació o cristalisació, que és una transició de fase de primer orde en la classificació de Ehrenfest i implica discontinuidades en les propietats termodinàmiques i dinàmiques com el volum, l'energia i la viscosidad. En molts materials que normalment se someten a una transició de congelació, el refredat ràpit evitarà esta transició de fase i en canvi donarà com resultat una transició de vidre a una temperatura més baixa. Atres materials, com a molts polímero, carixen d'un estat cristalí ben definit i formen vidres fàcilment, inclús en refredat o compressió molt llents. La tendència a que un material forme un vidre mentres està apagat es diu capacitat de formació de vidre. Esta capacitat depén de la composició del material i pot predir-se per mig de la teoria de la rigidea.[9]
Per baix del ranc de temperatura de transició, l'estructura vítrea no es relaixa d'acort en la velocitat de refredat utilisada. El coeficient d'expansió per a l'estat vítreo és aproximadament equivalent al del sòlit cristalí. Si s'utilisen velocitats de refredat més llentes, el major temps per a que ocórrega la relaixació estructural (o la reorganisació intermolecular) pot donar lloc a un producte de vidre de major densitat. De manera similar, al recocer (i per lo tant permetre una relaixació estructural llenta), l'estructura de vidre s'aproxima en el temps a una densitat d'equilibri corresponent al líquit sobreenfriado a esta mateixa temperatura. Tg es troba en l'intersecció entre la curva de refredat (volum versus temperatura) per a l'estat vítreo i el líquit sobreenfriado.[10][11][12][13][14]
La configuració del vidre en este ranc de temperatura canvia llentament en el temps cap a l'estructura d'equilibri. El principi de la minimisació de la energia lliure de Gibbs proporciona la força de conducció termodinàmica necessària per al canvi eventual. cal senyalar ací que a temperatures alguna cosa més altes que la Tg, l'estructura corresponent a l'equilibri a qualsevol temperatura es conseguix en prou rapidea. En contrast, a temperatures considerablement més baixes, la configuració del vidre permaneix sensiblement estable durant periodos de temps cada volta més prolongats.
Per lo tant, la transició líquit-vidre no és una transició entre estats d'equilibri termodinàmic. Es creu àmpliament que el verdader estat d'equilibri és sempre cristalí. Es creu que el vidre existix en un estat cinéticamente tancat, i la seua entropía, densitat, etc., depenen de l'història tèrmica. Per lo tant, la transició vítrea és davant tot un fenomen dinàmic. El temps i la temperatura són cantitats intercanviables (en certa mida) quan es tracta de vidres, un fet que a sovint s'expressa en el principi de superposició temps-temperatura. En gelar un líquit, els graus interns de llibertat es desequilibren successivament. No obstant, existix un debat de llarga data sobre si existix una transició de fase de segon orde subjacent en el llímit hipotètic de temps de relaixació infinitament llarcs.[15][16][17]
Temperatura de transició Tg
[editar | editar còdic]
Consulte la figura de la dreta que representa la capacitat calorífica en funció de la temperatura. En este context, Tg és la temperatura corresponent al punt A en la curva. Les seccions llineals davall i dalt de Tg són de color vert. Tg és la temperatura en l'intersecció de les llínees de regressió roges.[18]
S'estan utilisant diferents definicions operatives de la temperatura de transició vítrea Tg, i vàries d'elles estan aprovades com a estàndars científics acceptats. No obstant, totes les definicions són arbitràries, i totes produïxen resultats numèrics diferents: en el millor dels casos, els valors de Tg per a una substància determinada concorden dins d'uns pocs kelvins. Una definició es referix a la viscosidad, fixant Tg en un valor de 1013 poises (o 1012 Pa·s). Com es va demostrar experimentalment, este valor està prop del punt de recocido de molts vidres.[19]
En contrast en la viscosidad, la expansió tèrmica, la capacitat tèrmica, el mòdul de tall i moltes atres propietats dels vidres inorgànics mostren un canvi relativament repentí a la temperatura de transició vítrea. Qualsevol d'estos passos o torceduras es poden utilisar per a definir Tg. Per a que esta definició siga reproduible, es deu especificar la velocitat de refredat o calfament.
La definició més utilisada de Tg utilisa la lliberació d'energia en calfar en un calorímetro diferencial d'agranada. Normalment, la mostra es gela primer a 10 K/min i després es calfa a eixa mateixa velocitat.
Una atra definició més de Tg usa la torsió en la dilatometría (expansió tèrmica). Ací, les taxes de calfament de 3–5 K/min (5.4–9.0 °F/min) són comunes. A continuació es resumixen els valors de Tg característics de certes classes de materials.
Polímero
[editar | editar còdic]| Material | Tg (°C) | Nom comercial |
|---|---|---|
| Goma de neumàtic | -70 °CErro en la cita: Element <ref> no vàlit;
les referencies sense nom deuen de tindre contingut |
|
| Polifluoruro de vinilideno (PVDF) | -35 °C[20] | |
| Polipropileno (PP atáctico) | -20 °C[21] | |
| Fluorur de polivinilo (PVF) | -20 °C[20] | |
| Polipropileno (PP isotáctico) | 0 °C[21] | |
| Poli-3-hidroxibutirato (PHB) | 15 °C[21] | |
| Poli(Acetat de vinil) (PVAc) | 30 °C[21] | |
| Policlorotrifluoroetileno (PCTFE) | 45 °C[20] | |
| Poliamida (PA) | 47-60 °C | Nylon-6,x |
| Àcit Politáctico (PLA) | 60-65 °C | |
| Tereftalato d'polietileno (PET) | 70 °C[21] | |
| Poli(Clorur de vinil) (PVC) | 80 °C[21] | |
| Poli(Alcohol de vinil) (PVA) | 85 °C[21] | |
| Poliestireno (PS) | 95 °C[21] | |
| Poly(Metacrilato de metilo) (PMMA atactic) | 105 °C[21] | Plexiglas, Perspex |
| Acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) | 105 °C[22] | |
| Politetrafluoroetileno (PTFE)
|
115 °C[23] | Teflón |
| Poli(Carbonat) (PC) | 145 °C[21] | Lexan |
| Polisulfona | 185 °C | |
| Polinorborneno | 215 °C[21] |
El nylon-6 sec té una temperatura de transició vítrea de 47 °C (117 °F).[24] El nylon-6,6 en estat sec té una temperatura de transició vítrea d'aproximadament 70 °C (158 °F).[25][26] Mentres que l'polietileno té un ranc de transició vítrea de −130 - −80 °C (−202 - −112 °F)[27] Lo anterior són sol valors mijos, ya que la temperatura de transició vítrea depén de la velocitat de refredat i la distribució de pesos moleculars i podria Estar influenciat pels aditius. Per a un material semicristalino, com el polietileno que és 60–80% cristalí a temperatura ambiente, la transició vítrea citada es referix a lo que succeïx en la part amorfa del material en gelar-se.
Silicat i atres vidres de ret covalente
[editar | editar còdic]| Material | Tg (°C) |
|---|---|
| Calcogenuro GeSbTe | 150 °C[28] |
| Calcogenuro AsGeSeTe | 245 °C |
| ZBLAN Vidre de fluorur | 235 °C |
| Diòxit de telur | 280 °C |
| Fluoroaluminato | 400 °C |
| Vidre comú | 520-600 °C |
| Cuarzo fusionat (aproximat) | 1200 °C[29] |
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ 1,0 1,1 ISO 11357-2: Plàstics – calorimetria d'agranada Diferencial – Part 2: Determinació de temperatura de transició del got (1999).
- ↑ «The Glass Transition». Polymer Science Learning Center. Archivat des d'el original, el 15 de giner de 2019. Consultat el 2 de decembre de 2018.
- ↑ 3,0 3,1 (2001).Nature.410(6825)
- 259–267.doi:10.1038/35065704.
- ↑ 4,0 4,1 (2000).App. Phys. Rev..88(6)
- 3113–3157.doi:10.1063/1.1286035.
- ↑ Zarzycki, J. (1991). Glasses and the Vitreous State, Cambridge University Press. ISBN 978-0521355827.
- ↑ (2004).Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters.79(12)
- 632–634.doi:10.1134/1.1790021.
- ↑ Hansen, J.-P.; McDonald, I. R., {{{nom2}}} (2007). Theory of Simple Liquids, Elsevier, pp. 250–254. ISBN 978-0123705358.
- ↑ Adam, J-L; Zhang, X., {{{nom2}}} (14 de febrer de 2014). Chalcogenide Glasses: Preparation, Properties and Applications, Elsevier Science, p. 94. ISBN 978-0-85709-356-1.
- ↑ (1979).Journal of Senar-Crystalline Solids.34(2)doi:10.1016/0022-3093(79)90033-4.
- ↑ Moynihan, C. Et al. (1976) en La Transició de Got i la Naturalea de l'Estat Vidrioso, M. Goldstein I R. Simha (Eds.), Ann. N.Y. Acad. Sci., Vol. 279.
- ↑
(1988).Journal of Physics and Chemistry of Solids.49(8)
- 863–871.doi:10.1016/0022-3697(88)90002-9.
- ↑ (1996).The Journal of Physical Chemistry.100(31)
- 13200.doi:10.1021/jp953538d.
- ↑ (1995).Science.267(5206)
- 1924–35.doi:10.1126/science.267.5206.1924.
- ↑ (1995).Science.267(5206)
- 1935–9.doi:10.1126/science.267.5206.1935.
- ↑ (1994) Thermodynamic and Kinetic Aspects of the Vitreous State, CRC Press. ISBN 978-0849337826.
- ↑ Gibbs, J. H. (1960). MacKenzie, J. D. (ed.). Modern Aspects of the Vitreous State, Butterworth. OCLC 1690554.
- ↑ (2010).Journal of Senar-Crystalline Solids.356(44–49)
- 2534.doi:10.1016/j.jnoncrysol.2010.05.012.
- ↑ Tg Medida de gots. Glassproperties.com. Recuperat damunt 2012-06-29.
- ↑ Got-temperatura de transició [1] archivat en Wayback Machine., IUPAC Compendium de Terminologia Química, 66, 583 (1984)
- ↑ 20,0 20,1 20,2 Ibeh, Christopher C. (2011). THERMOPLASTIC MATERIALS Properties, Manufacturing Methods, and Applications, CRC Press, pp. 491–497. ISBN 978-1-4200-9383-4.
- ↑ 21,00 21,01 21,02 21,03 21,04 21,05 21,06 21,07 21,08 21,09 21,10 Wilkes, C. E. (2005). PVC Handbook, Hanser Verlag. ISBN 978-1-56990-379-7.
- ↑ ABS. nrri.umn.edu
- ↑ Nicholson, John W. (2011). The Chemistry of Polymers, 4, Revised edició, Royal Society of Chemistry, pp. 50. ISBN 9781849733915. Consultat el 10 de setembre de 2013.
- ↑ nylon-6 informació i propietats. Polymerprocessing.com (2001-04-15). Recuperat damunt 2012-06-29.
- ↑ (2014).Science.343(6173)
- 868–72.doi:10.1126/science.1246906.
- ↑ Mida de Moisture Efectes en les Propietats Mecàniques de 66 Nylon. TA Equipa Escrit d'Aplicació d'Anàlisis Tèrmica TA-133
- ↑ PCL | Aplicacions i Usos de fin | Polythene. Polyesterconverters.com. Recuperat damunt 2012-06-29.
- ↑ EPCOS 2007: Glass Transition and Crystallization in Phase Change Materials [2] archivat en Wayback Machine. . Retrieved on 2012-06-29.
- ↑ “High-temperature Brillouin scattering in fused quartz” (1974). Journal of Applied Physics 45 (12): 5324–5329. doi:. Bibcode: 1974JAP....45.5324B.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Transición Vítrea» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.