Hallan un nuevo estado de la materia: el líquido vítreo

La materia que nos rodea tiene tres estados, sólido, líquido o gaseoso, caracterizados por el distinto grado de movilidad de sus moléculas. Pero, además, en entornos más extremos o en los laboratatorios aparecen más estados, como el plasma o los condensados de Bose-Einstein.

Esta semana, un equipo de investigadores de la Universidad de Constanza, en Alemania, ha comunicado el hallazgo de un nuevo estado de la materia, el líquido vítreo. Lo más interesante es que sus observaciones contribuyen a estudiar el problema de la transición vítrea, es decir, el paso de líquido a vídreo y viceversa. Sus avances se han publicado en « Proceedings of the National Academy of Sciences».

A pesar de que es muy común, el vídreo es un sólido cuyo comportamiento no es del todo bien comprendido. Normalmente los sólidos se forman cuando las moléculas de un líquido se ordenan firmemente en una estructura cristalina y regular. Pero en el vídreo no ocurre así: en vez de eso, las moléculas quedan «congeladas», de modo amorfo, sin que ocurra dicha cristalización. Curiosamente, los científicos todavían no comprenden todos los detalles de este proceso: es lo que se concoe como el problema de la transición vítrea.

Moverse pero no rotar

Esta semana, un estudio liderado por dos investigadores de la Universidad de Constanza, Andreas Zumbusch y Matthias Fuchs, ha aportado interesantes detalles sobre este asunto.

Lo han hecho gracias a un experimento basado en coloides elipsoidales hechos de plástico: un coloide es una partículas sólida, de alrededor de una millonésima de un metro, que está suspendida en una solución. Los coloides pueden ser esféricos, por ejemplo, o elipsoidales, como en este caso.

¿Qué tienen que ver estos coloides con el vídreo? Resulta que las suspensiones coloideales son usadas frecuentemente por los científicos que trabajan en investigar la transición vítrea, porque exhiben muchos de los comportamientos que aparecen en las partículas que forman este sólido.

Normalmente se usan coloides con forma esférica, pero en este caso Zumbusch y Fuchs usaron coloides con forma elipsoidal. Gracias a eso, observaron que las partículas individuales de estos coloides se pueden mover pero no rotar, cosa que no se había observado hasta ahora.

La explicación, en el grupo

«Gracias a su distinta forma —ha comentado Andreas Zumbusch en un comunicado— nuestras partículas tienen orientación, no como las partículas esféricas, lo que genera un nuevo repertorio de comportamientos no estudiados hasta ahora».

Probando distintas concentraciones de estos coloides, suspendidos en una solución apropiada, observaron su comportamiento a través de un microscopio confocal. De esta forma, observaron que con ciertas densidades de partículas el movimiento de éstas se congela, y que se forman «estructuras locales» (grupos) de partículas con una orientación similar (como se ve en la imagen del artículo, sobre estas líneas).

Estas estructuras interaccionan unas con otras espacialmente, y generan eso que los investigadores han definido como líquido vítreo: efectivamente, su característica más importante es que impiden la formación de un cristal, de moléculas muy bien ordenadas, tal como predicen las leyes de la termodinámica.

De hecho, los investigadores observaron que hay dos transformaciones distintas en las moléculas, que compiten entre sí.

«Esto es increíblemente interesante desde el punto de vista teórico», ha dicho Matthias Fuchs. Según ha comentado, sus experimentos proporcionan unas evidencias muy esperadas durante décadas, y que permiten que la predicción de la existencia del líquido vítreo ya no sea una conjetura.

Según los autores, estas observacioens pueden ser interesantes incluso más allá del vídreo, como en sistemas biológicos complejos o galaxias, e incluso tener impacto en el diseño de dispositivos cristalinos.