La vitrificación (del latín vitrum 'vidrio', vía francés vitrificador ) es la transformación total o parcial de una sustancia en un vidrio , [1] es decir, un sólido amorfo no cristalino . Los vidrios se diferencian de los líquidos estructuralmente y los vidrios poseen un mayor grado de conectividad con la misma dimensionalidad de enlaces de Hausdorff que los cristales: tenue H = 3. [2] En la producción de cerámicas , la vitrificación es responsable de su impermeabilidad al agua . [3]
La vitrificación generalmente se logra calentando materiales hasta que se licuan 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 lugar a 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 , que forman bloques) supera un cierto valor umbral. [4] Las fluctuaciones térmicas rompen los vínculos; por tanto, cuanto menor sea la temperatura , mayor será el grado de conectividad. Debido a esto, los materiales amorfos tienen una temperatura umbral característica denominada temperatura de transición vítrea ( Tg ): por debajo de Tg los materiales amorfos son vítreos mientras que por encima de Tg están fundidos .
Las aplicaciones más comunes son en la elaboración de cerámica , vidrio y algunos tipos de alimentos, pero existen muchas otras, como la vitrificación de un líquido similar al anticongelante en criopreservación .
En un sentido diferente de la palabra, la incrustación de material dentro de una matriz vítrea también se denomina vitrificación . Una aplicación importante es la vitrificación de residuos radiactivos para obtener una sustancia que se considera más segura y estable para su eliminación.
Un estudio sugiere [5] [6] [7] [8] durante la erupción del Monte Vesubio en el año 79 d.C. , el cerebro de una víctima quedó vitrificado por el calor extremo de la ceniza volcánica ; sin embargo, esto ha sido enérgicamente discutido. [9]
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 enlace vítreo aumenta y la porosidad aparente del producto cocido se vuelve progresivamente menor. [3] [10] Los cuerpos vítreos tienen porosidad abierta y pueden ser opacos o translúcidos . En este contexto, "porosidad cero" puede definirse como menos del 1% de absorción de agua. Sin embargo, varios procedimientos estándar definen las condiciones de absorción de agua. [11] [12] [13] Un ejemplo es el de ASTM , quien afirma: "El término vítreo generalmente significa menos del 0,5% de absorción, excepto para pisos y paredes y aisladores eléctricos de bajo voltaje , que se consideran vítreos hasta un 3%". absorción de agua." [14]
La cerámica se puede hacer 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 esmalte. El gres puede estar vitrificado o semivitrificado; el último tipo no sería impermeable sin vidriado. [15] [3] [16]
Cuando la sacarosa se enfría lentamente, se obtiene azúcar cristal (o caramelo de roca ), pero cuando se enfría rápidamente puede formar algodón de azúcar almibarado (algodón de azúcar).
La vitrificación también puede ocurrir en un líquido como el agua, generalmente mediante 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 visualizar con un microscopio electrónico sin dañarlas. [17] [18] En 2017, se otorgó el Premio Nobel de Química por el desarrollo de esta tecnología, que puede utilizarse para obtener imágenes de objetos como proteínas o partículas de virus. [19]
El vidrio sodocálcico común , utilizado en ventanas y recipientes para bebidas, se crea añadiendo carbonato de sodio y cal ( óxido de calcio ) al dióxido de silicio . Sin estos aditivos, el dióxido de silicio requeriría temperaturas muy altas 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 [20] en un método llamado geofusión . Los desechos se mezclan con químicos que forman 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 que atrapa eficazmente los desechos en su interior. Se supone ampliamente que dichos desechos pueden almacenarse durante períodos relativamente largos en esta forma sin preocuparse por la contaminación del aire o del agua subterránea . La vitrificación masiva utiliza electrodos para derretir el suelo y los desechos donde yacen enterrados. Los desechos endurecidos pueden entonces ser desenterrados con menos peligro de contaminación generalizada. Según los Laboratorios Nacionales del Noroeste del Pacífico , "la vitrificación encierra materiales peligrosos en una forma de vidrio estable que durará miles de años". [21]
La vitrificación en criopreservación se utiliza para preservar, por ejemplo, óvulos humanos ( ovocitos ) (en criopreservación de ovocitos ) y embriones (en criopreservación de embriones ). Previene la formación de cristales de hielo y es un proceso muy rápido: -23.000°C/min.
Actualmente, las técnicas de vitrificación sólo han sido aplicadas al cerebro ( neurovitrificación ) por Alcor y a la parte superior del cuerpo por el Cryonics Institute , pero ambas organizaciones están realizando investigaciones 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 . [22] La vitrificación también se puede utilizar para preservar especies de plantas en peligro de extinción y sus semillas. Por ejemplo, las semillas recalcitrantes se consideran difíciles de conservar. La solución de vitrificación de plantas (PVS), una de las aplicaciones de vitrificación, ha preservado con éxito las semillas de Nymphaea caerulea . [23]
Los aditivos utilizados en criobiología o producidos naturalmente por organismos que viven en regiones polares se denominan crioprotectores .
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