E3 Transición Vítrea: Tg y Volumen Libre

Tópico

La transición vítrea de este vidrio no es una transición de fase, sino una transición cinética: que el fundido, al enfriarse, cruce esta transición vítrea sin tener ya tiempo suficiente para reorganizarse hacia su configuración de equilibrio hace que la estructura de este vidrio quede congelada fuera de ese equilibrio, con un volumen libre en exceso atrapado dentro de ella.

Ese volumen libre en exceso que queda congelado en la estructura es el que cuantifica la fracción de volumen libre, según la teoría de Cohen-Turnbull: cuanto mayor es esta fracción de volumen libre, más espacio vacío queda disponible entre los átomos de la red para que estos se reacomoden unos respecto de otros. Que esta fracción de volumen libre sea mayor hace que, según la ecuación de Doolittle, la viscosidad de este vidrio sea menor; que esta fracción de volumen libre sea menor, hace que esa viscosidad sea mayor.

Esta misma transición vítrea guarda, además, una relación empírica con la temperatura de fusión de este vidrio: según la regla empírica de dos tercios, la temperatura de transición vítrea de un vidrio se ubica, aproximadamente, en las dos terceras partes de su temperatura de fusión, expresadas ambas en la misma escala absoluta. Que la temperatura de fusión de este vidrio sea mayor hace que, según esta misma regla empírica, la temperatura de transición vítrea también lo sea.

Que la estructura de este vidrio pase de una configuración a otra al cruzar esta transición vítrea hace que el coeficiente de expansión térmica de este vidrio presente una discontinuidad exactamente en esa misma temperatura de transición: por debajo de ella, el coeficiente de expansión térmica del vidrio rígido se mantiene aproximadamente constante; por encima de ella, ese mismo coeficiente aumenta a un valor distinto, más alto, propio del vidrio ya ablandado.

Por eso este modelo, con la transición vítrea y el volumen libre en exceso con los que se abrió, hace que esa misma discontinuidad del coeficiente de expansión térmica sea, precisamente, la que permite medir experimentalmente la temperatura de transición vítrea: otro modelo de este conjunto, el que describe la dilatometría de este vidrio, mide esa discontinuidad como el cambio de pendiente entre los dos tramos de su curva de expansión, y determina, por intersección de esas dos pendientes, la temperatura de transición vítrea dilatométrica que este modelo predice. Que ese mismo volumen libre en exceso colapse progresivamente por encima de la transición vítrea hace, además, que otro modelo distinto de este conjunto alimente su descripción de la viscosidad de este vidrio, a lo largo de todo el rango de temperatura, con ese mismo colapso del volumen libre.

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