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Mecanismos de cristalización
Tuxtla Gutiérrez, a 9 de Febrero de 2017
Claudio Contreras Aburto
Seminarios de la Facultad de Ciencias en Física y Matemáticas Universidad Autónoma de Chiapas
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Algunos factores que pueden intervenir en la cristalización
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1. Nucleación y crecimiento
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Nucleación y
Crecimiento
https://www.youtube.com/watch?v=7vb84ShuiJw
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Teoría clásica de nucleación y crecimiento
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Teoría clásica de nucleación y crecimiento
Nucleación homogénea (evento raro)
Barrera de energía superficial
Fuerza impulsora termodinámica
Nucleación heterogénea
Volumen pre-existente (impuridad o superficies del contenedor)
Existencia de un radio crítico y una energía de activación crítica, a partir de los cuales el volumen de la nueva fase crecerá irreversiblemente.
Sin embargo, la tazas de nucleación predichas no coinciden con el experimento.
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2. Descomposición espinodal
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Descomposición espinodal Es el nombre que recibe el fenómeno de
desmezclado de una sustancia, desde una fase termodinámica hasta formar dos fases coexistentes.
Cahn-Hilliard
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3. Sedimentación
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4. Fluctuaciones críticas de densidad
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Coloides como sistemas modelo
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Escalas del dominio coloidal
Accesibles con: a) Microscopía confocal b) Dispersión de: - Neutrones - Rayos X - Luz
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Coloides como sistemas modelo: “Diagramas” de fase de esferas duras
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Coloides como sistemas modelo: Diagrama de fase de esferas cargadas
Hamaguchi et al.
Apantallamiento electrostático
Aco
plam
ient
o el
ectr
ostá
tico
Thomas Palberg, Cargese SFTR6 school (2010)
u(r) =Q2
✏
✓exp [�/2]
1 + �/2
◆2e
�r
r
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Coloides como sistemas modelo: Interacciones
r
R↵i
O
R�j
Directas
Hidrodinámicas
D↵�
�RN
�
u↵�(r)
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Coloides como sistemas modelo: Interacciones hidrodinámicas
1 5 10 15 20
0.5
1.
1.5
bx
by
r
✓
v
|vx
| is maximal when ✓ = ±⇡/4
v =
�v? (r) sin 2✓, vk (r) + v? (r) cos 2✓
�
v/v0 = �w? by
v/v0 = �wk by
w?
wk-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3-3 -2 -1 0 1 2 3
-3
-2
-1
0
1
2
3
-3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3-3 -2 -1 0 1 2 3
-3
-2
-1
0
1
2
3
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Coloides como sistemas modelo: Interacciones ajustables
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Simetrías rotacionales discretas y técnica de los vecinos comunes
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Ejemplos de simetrías de 4 y 5 puntos
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Técnica de los vecinos comunes
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Simetrías Icosahedral
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Teoría clásica de nucleación y crecimiento
Se a encontrado que la simetría icosahedral está presente en líquidos altamente correlacionados previo a la cristalización y a la transición vitrea
Es un modelo que se usa mucho en el estudio de las sólidos amorfos (Leochmach and Tanaka, Nat. Comms. 2012)
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Entropía de exceso
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Entropía de exceso Es la diferencia entre la entropía del sistema y la entropía del gas ideal con la misma temperatura
y densidad.
Existen métodos basados en Sexc, para determinar las lineas de coexistencia (Giaquinta y colaboradores)
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Caso de estudio: Recristalización de coloides cargados
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Caso de estudio: Recristalización de coloides cargados
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Técnica empleadas
Simulación de dinámica browniana sin interacciones hidrodinámicas
Análisis de vecinos comunes
Aproximación de dos cuerpos para la entropía.
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Técnica de análisis estructural
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Resultados: CNA de la cinética de cristalización
Mecanismo de 2 pasos
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Comportamiento cuasi-universal de la entropía
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Síntesis de resultados
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Durante la cristalización las simetrías más importantes son la icosahedíca y la cúbica centrada en el cuerpo.
La cristalización procede en dos pasos.
Cristalización homogénea a partir de la mezcla metaestable
No encontramos nucleación
Tampoco descomposición espinodal
Nuevo modelo de crecimiento tipo Verhulst.
Relación de universalidad para la entropía de exceso
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Perspectivas
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Influencia de las interacciones hidrodinámicas (Tesis de Oscar Sanders, UNISON)
Análisis de esferas duras
Qué rol juegan las demás simetrías y por qué es el icosahedro el dominante en el estado metaestable.
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Muchas gracias por su atención!