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Transición de fase

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

En química , termodinámica y otros campos relacionados, una transición de fase (o cambio de fase ) es el proceso físico de transición entre un estado de un medio y otro. Comúnmente el término se utiliza para referirse a cambios entre los estados básicos de la materia : sólido , líquido y gaseoso , y en casos raros, plasma . Una fase de un sistema termodinámico y los estados de la materia tienen propiedades físicas uniformes . Durante una transición de fase de un medio determinado, ciertas propiedades del medio cambian como resultado del cambio de condiciones externas, como la temperatura o la presión . Este puede ser un cambio discontinuo; por ejemplo, un líquido puede convertirse en gas al calentarlo hasta su punto de ebullición , lo que produce un cambio abrupto de volumen. La identificación de las condiciones externas en las que se produce una transformación define el punto de transición de fase.

Tipos de transición de fase

Estados de materia

Un diagrama de fases simplificado para el agua , que muestra si el hielo sólido, el agua líquida o el vapor de agua gaseoso es el más estable en diferentes combinaciones de temperatura y presión.

Las transiciones de fase comúnmente se refieren a cuando una sustancia se transforma de uno de los cuatro estados de la materia a otro. En el punto de transición de fase de una sustancia, por ejemplo el punto de ebullición , las dos fases involucradas (líquido y vapor ) tienen energías libres idénticas y, por lo tanto, es igualmente probable que existan. Por debajo del punto de ebullición, el estado líquido es el más estable de los dos, mientras que por encima del punto de ebullición la forma gaseosa es la más estable.

Las transiciones comunes entre las fases sólida, líquida y gaseosa de un solo componente, debido a los efectos de la temperatura y/o la presión , se identifican en la siguiente tabla:

Para un solo componente, la fase más estable a diferentes temperaturas y presiones se puede mostrar en un diagrama de fases . Un diagrama de este tipo suele representar estados en equilibrio. Una transición de fase generalmente ocurre cuando la presión o la temperatura cambia y el sistema pasa de una región a otra, como el agua que pasa de líquido a sólido tan pronto como la temperatura desciende por debajo del punto de congelación . A excepción del caso habitual, a veces es posible cambiar el estado de un sistema diabáticamente (a diferencia de adiabáticamente ) de tal manera que pueda pasar un punto de transición de fase sin sufrir 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 , por ejemplo, en caso de sobrecalentamiento y sobreenfriamiento . Los estados metaestables no aparecen en los diagramas de fases habituales.

Estructural

Un diagrama de fases que muestra los alótropos del hierro , distinguiendo entre diferentes estructuras cristalinas diferentes, incluidas la ferrita (hierro α) y la austenita (hierro γ).

Las transiciones de fase también pueden ocurrir cuando un sólido cambia a una estructura diferente sin cambiar su composición química. En los elementos, esto se conoce como alotropía , mientras que en los compuestos se conoce como polimorfismo . El cambio de una estructura cristalina a otra, de un sólido cristalino a un sólido amorfo , o de una estructura amorfa a otra ( poliamorfos ) son todos ejemplos de transiciones de fase sólida a sólida.

La transformación martensítica ocurre como una de las muchas transformaciones de fase en el acero al carbono y constituye un modelo para las transformaciones de fase desplazables . Transiciones de orden-desorden como en los aluminuros de alfa-titanio . Al igual que con los estados de la materia, también hay una transformación de fase metaestable a equilibrio para las transiciones de fase estructurales. Un polimorfo metaestable que se forma rápidamente debido a una menor energía superficial se transformará a una fase de equilibrio si se le proporciona suficiente entrada térmica para superar una barrera energética.

Magnético

Un diagrama de fases que muestra diferentes estructuras magnéticas en la misma estructura cristalina de monosiliciuro de manganeso .

Las transiciones de fase también pueden describir el cambio entre diferentes tipos de ordenamiento magnético . La más conocida es la transición entre las fases ferromagnética y paramagnética de los materiales magnéticos , que se produce en el llamado punto de Curie . Otro ejemplo es la transición entre estructuras magnéticas ordenadas de manera diferente, proporcionales o inconmensurables , como en el antimonuro de cerio .

Mezclas

Un diagrama de fases binaria que muestra los compuestos químicos más estables de titanio y níquel en diferentes proporciones de mezcla y temperaturas .

Las transiciones de fase que involucran soluciones y mezclas son más complicadas que las transiciones que involucran un solo compuesto. Mientras que los compuestos químicamente puros exhiben un punto de fusión de temperatura única entre las fases sólida y líquida, las mezclas pueden tener un punto de fusión único, conocido como fusión congruente , o tener diferentes temperaturas de líquido y sólido, lo que da como resultado un intervalo de temperaturas donde el sólido y el líquido coexisten en equilibrio. . Este suele ser el caso en soluciones sólidas , donde los dos componentes son isoestructurales.

También hay una serie de transiciones de fase que involucran tres fases: 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 . 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 reacción peritectoide es una reacción peritectoide, excepto que involucra únicamente fases sólidas. Una reacción monotéctica consiste en el cambio de un líquido a una combinación de un sólido y un segundo líquido, donde los dos líquidos muestran una brecha de miscibilidad . [1]

La separación en múltiples fases puede ocurrir mediante descomposición espinodal , en la que una sola fase se enfría y se separa en dos composiciones diferentes.

Pueden producirse mezclas en desequilibrio, como en la sobresaturación .

Otros ejemplos

Un pequeño trozo de argón sólido que se funde rápidamente muestra dos cambios de fase simultáneos. La transición de sólido a líquido y de gas a líquido (mostrada por el vapor de agua condensado de color blanco).

Otros cambios de fase incluyen:

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 surge de las interacciones de una gran cantidad de partículas en un sistema y no aparece en sistemas que son pequeños. Pueden ocurrir transiciones de fase en sistemas no termodinámicos, donde la temperatura no es un parámetro. Los ejemplos incluyen: transiciones de fase cuánticas, transiciones de fase dinámicas y transiciones de fase topológicas (estructurales). En este tipo de sistemas otros parámetros reemplazan a la temperatura. Por ejemplo, la probabilidad de conexión reemplaza la temperatura en las redes de filtración.

Clasificaciones

Clasificación de Ehrenfest

Paul Ehrenfest clasificó las transiciones de fase basándose en el comportamiento de la energía libre termodinámica en función de otras variables termodinámicas. [5] 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. [6] 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. Las transiciones de fase de segundo orden son continuas 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. [6] 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 intensidad 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 de orden superior. Por ejemplo, la transición de fase Gross-Witten-Wadia en la cromodinámica cuántica de red bidimensional es una transición de fase de tercer orden. [7] [8] Los puntos de Curie de muchos ferromagnéticos también son una transición de tercer orden, como lo demuestra el hecho de que su calor específico tiene un cambio repentino de pendiente. [9] [10]

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

El primer ejemplo de transición de fase que no encajaba en la clasificación de Ehrenfest fue la solución exacta del modelo de Ising , descubierto en 1944 por Lars Onsager . El calor específico exacto difería de las aproximaciones anteriores de campo medio , que habían predicho que tenía una discontinuidad simple a temperatura crítica. En cambio, el calor específico exacto tenía una divergencia logarítmica en la temperatura crítica. [11] En las décadas siguientes, la clasificación de Ehrenfest fue reemplazada por un esquema de clasificación simplificado que puede incorporar tales transiciones.

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: [5]

Las transiciones de fase de primer orden son aquellas que implican un calor latente . Durante dicha transición, un sistema absorbe o libera una cantidad fija (y típicamente grande) de energía por volumen. Durante este proceso, la temperatura del sistema permanecerá constante a medida que se agregue calor: el sistema está en un "régimen de fase mixta" en el que algunas partes del sistema han completado la transición y otras no. [12] [13]

Ejemplos familiares 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). Yoseph Imry y Michael Wortis demostraron que el desorden apagado puede 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 el ciclo térmico. [14] [15] [16]

Las transiciones de fase de segundo orden también se denominan"transiciones de fase continuas". Se caracterizan por una susceptibilidad divergente, unalongitud de correlacióny unaley potencialde decadencia de las correlaciones cercanas ala criticidad. Ejemplos de transiciones de fase de segundo orden son laferromagnética, la transición superconductora (para unsuperconductor de tipo I,la transición de fase es de segundo orden en un campo externo cero y para unsuperconductor de tipo II,la transición de fase es de segundo orden tanto para normal- transiciones estado-estado mixto y estado mixto-estado superconductor) y lasuperfluida. A diferencia de la viscosidad, la expansión térmica y la capacidad calorífica de los materiales amorfos muestran un cambio relativamente repentino en la temperatura de transición vítrea[17], lo que permite una detección precisa mediantede calorimetría diferencial de barrido. Lev Landaudio unateoríafenomenológica de las transiciones de fase de segundo orden.

Además de las transiciones de fase simples y aisladas, existen líneas de transición y puntos multicríticos cuando varían 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 de Kosterlitz-Thouless en el modelo bidimensional XY . Muchas transiciones de fase cuánticas , 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 de la historia térmica. Por lo 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. [18] [19] Ninguna evidencia experimental directa respalda la existencia de estas transiciones.

Propiedades características

Convivencia de fases

Se produce una transición de primer orden ampliada por el desorden 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 desciende la temperatura. Esta variación continua de las fracciones coexistentes con la temperatura planteó posibilidades interesantes. Al enfriarse, algunos líquidos se vitrifican formando un vidrio en lugar de transformarse a 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 del cristal. [20] Esta desaceleración ocurre por debajo de una temperatura de formación de vidrio Tg , que puede depender de la presión aplicada. [17] [21] 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 sea parcial e incompleta. La ampliación de estas ideas a las transiciones magnéticas de primer orden que se detiene a bajas temperaturas, dio como resultado la observación de transiciones magnéticas incompletas, con dos fases magnéticas coexistiendo, hasta la temperatura más baja. Informada por primera vez en el caso de una transición ferromagnética a antiferromagnética, [22] dicha coexistencia de fases persistentes ahora se ha informado en una variedad de transiciones magnéticas de primer orden. Estos incluyen materiales de manganita de magnetorresistencia colosal, [23] [24] materiales magnetocalóricos, [25] materiales con memoria de forma magnética, [26] y otros materiales. [27] La ​​característica interesante de estas observaciones de T g dentro del rango de temperatura en el que se produce 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, a diferencia de la presión, plantea la posibilidad de que se pueda estudiar la interacción entre Tg y Tc de forma exhaustiva. La coexistencia de fases entre transiciones magnéticas de primer orden permitirá resolver problemas pendientes en la comprensión de las gafas.

Puntos críticos

En cualquier sistema que contenga fases líquida y gaseosa, existe una combinación especial de presión y temperatura, conocida como 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 como para que la distinción entre las fases líquida y gaseosa sea casi inexistente. Esto está asociado al fenómeno de opalescencia crítica , un aspecto lechoso del líquido debido a 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 hasta convertirlo 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 entre los puntos de la red de la red cristalina). Normalmente, la fase de alta temperatura contiene más simetrías que la fase de baja temperatura debido a una 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). [28]

Parámetros del 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. [29] En el punto crítico, la susceptibilidad del parámetro de orden generalmente divergerá.

Un ejemplo de parámetro de orden es la magnetización neta en un sistema ferromagnético que experimenta una transición de fase. Para 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 rompen la simetría. [ cita necesaria ]

Algunas transiciones de fase, como las superconductoras y las 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. [ cita necesaria ]

También existen descripciones duales de las transiciones de fase en términos de parámetros de desorden. Estos indican la presencia de excitaciones en forma de líneas, como líneas de vórtice o de defecto .

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 [30] y David Layzer . [31]

Véanse también teorías del orden relacional y orden y desorden .

Exponentes críticos y clases de universalidad.

Las transiciones de fase continua 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 a transiciones de fase continuas se denominan fenómenos críticos, debido a su asociación con puntos críticos.

Las transiciones de fase continuas se pueden caracterizar mediante 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 fijas todas las demás variables termodinámicas y encontramos que la transición ocurre a alguna temperatura crítica T c . Cuando T está cerca de Tc , la capacidad calorífica C normalmente tiene un comportamiento de ley potencial :

La capacidad calorífica de los materiales amorfos tiene un comportamiento cerca de la temperatura de transición vítrea donde el exponente crítico universal α = 0,59 [32] Un comportamiento similar, pero con el exponente ν en lugar de α , se aplica a 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.

Los exponentes críticos no son necesariamente los mismos por encima y por debajo de la temperatura crítica. Cuando una simetría continua se descompone explícitamente en una simetría discreta mediante anisotropías irrelevantes (en el sentido del grupo de renormalización), entonces algunos exponentes (como , el exponente de la susceptibilidad) no son idénticos. [33]

Para −1 < α < 0, la capacidad calorífica tiene una "flexión" en la temperatura de transición. Este es el comportamiento del helio líquido en la transición lambda del estado normal al estado superfluido , para el cual los experimentos han encontrado α = −0,013 ± 0,003. Se realizó al menos un experimento en condiciones de gravedad cero de un satélite en órbita para minimizar las diferencias de presión en la muestra. [34] Este valor experimental de α concuerda con las predicciones teóricas basadas en la teoría de la perturbación variacional . [35]

Para 0 < α < 1, la capacidad calorífica diverge en 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 tridimensional de Ising para imanes uniaxiales, estudios teóricos detallados han arrojado el exponente α ≈ +0,110.

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

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

Se puede demostrar que sólo 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.

Lo más impresionante, pero comprensible desde arriba, es que coinciden exactamente con los exponentes críticos de la transición de fase ferromagnética en los imanes uniaxiales. Se dice que estos 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 sólo de un pequeño número de características, como la dimensionalidad y la simetría, y son insensibles a las propiedades microscópicas subyacentes de las transiciones de fase. el sistema. Una vez más, la divergencia de la longitud de la correlación es el punto esencial.

Fenómenos críticos

También hay otros fenómenos críticos; Por ejemplo, además de las funciones estáticas, también existe la dinámica crítica . Como consecuencia, en una transición de fase se puede observar una desaceleración o aceleración crítica . Relacionado con el fenómeno anterior está también el fenómeno de mayores fluctuaciones antes de la transición de fase, como consecuencia del menor grado de estabilidad de la fase inicial del sistema. 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, existen también relaciones universales para determinadas funciones estáticas o dinámicas de los campos magnéticos y diferencias de temperatura con respecto al valor crítico. [ cita necesaria ]

Transiciones de fase en sistemas biológicos.

Las transiciones de fase desempeñan muchas funciones importantes en los sistemas biológicos. Los ejemplos incluyen la formación de 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 al ADN y proteínas con el carácter de transición de fase. [36]

En las membranas biológicas , las transiciones de fase cristalina de gel a 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 lipídicas y acilo 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 críticamente de la fotosíntesis realizada por 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 acilos grasos 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, incluidas la calorimetría, la fluorescencia, la resonancia paramagnética electrónica con marca de espín y la RMN , registrando las mediciones del parámetro en cuestión en una serie de temperaturas de la muestra. También se ha propuesto un método sencillo para su determinación a partir de intensidades de líneas de RMN de 13-C. [38]

Se ha propuesto que algunos sistemas biológicos podrían encontrarse cerca de puntos críticos. Los ejemplos incluyen redes neuronales en la retina de la salamandra, [39] bandadas de pájaros [40] redes de expresión genética 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] Las transiciones de fase son una característica destacada del comportamiento motor en los sistemas biológicos. [45] Las transiciones espontáneas de la marcha, [46] así como las desconexión de tareas motoras inducidas por la fatiga, [47] muestran un comportamiento crítico típico como un indicio del cambio cualitativo repentino del patrón de comportamiento motor previamente estable.

El rasgo característico de las transiciones de fase de segundo orden es la aparición de fractales en algunas propiedades sin 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 peptídicas de proteínas que van desde hidrófilos a hidrófobos, lo que hace que los primeros se encuentren cerca de la superficie globular, mientras que los segundos se encuentran más cerca del centro globular. Se descubrieron veinte fractales en áreas de superficie asociadas a disolventes de > 5.000 segmentos de proteínas. [48] ​​La existencia de estos fractales demuestra que las proteínas funcionan cerca de puntos críticos de transiciones de fase de segundo orden.

En grupos de organismos en estrés (al acercarse a transiciones críticas), las correlaciones tienden a aumentar, mientras que al mismo tiempo también aumentan las fluctuaciones. Este efecto está respaldado por muchos experimentos y observaciones de grupos de personas, ratones, árboles y plantas herbáceas. [49]

Experimental

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

Ver también

Referencias

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enlaces externos

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