La vitrificación es un proceso de conversión de un material en un sólido amorfo de aspecto vítreo que carece de toda estructura cristalina, ya sea por la rápida eliminación o adición de calor, o por la mezcla con un aditivo. La solidificación de un sólido vítreo se produce a la temperatura de transición vítrea (que es inferior a la temperatura de fusión, Tm, debido al sobreenfriamiento).
Cuando el material de partida es sólido, la vitrificación suele implicar el calentamiento de las sustancias a temperaturas muy elevadas. Muchas cerámicas se producen de esta manera. La vitrificación también puede producirse de forma natural cuando un rayo cae en la arena, donde el calor extremo e inmediato puede crear estructuras huecas y ramificadas en forma de raíz de vidrio, llamadas fulgurita. Cuando se aplica a la cerámica de gres blanco, vítreo significa que el material tiene una permeabilidad extremadamente baja a los líquidos, a menudo pero no siempre al agua, cuando se determina mediante un régimen de prueba específico. La microestructura de las cerámicas de gres blanco suele contener tanto fases amorfas como cristalinas.
Ejemplos
Cuando la sacarosa se enfría lentamente, el resultado es azúcar cristalina (o caramelo de roca), pero, cuando se enfría rápidamente, el resultado puede ser en forma de algodón de azúcar almibarado (candyfloss). La vitrificación también puede producirse cuando se parte de un líquido como el agua, normalmente mediante un enfriamiento muy rápido o la introducción de agentes que suprimen la formación de cristales de hielo. Los aditivos utilizados en criobiología o producidos de forma natural por organismos que viven en regiones polares se denominan crioprotectores. Las ranas del Ártico y algunos otros ectotermos producen naturalmente glicerol o glucosa en sus hígados para reducir la formación de hielo. Cuando las ranas árticas utilizan la glucosa como crioprotector, se liberan cantidades masivas de glucosa a baja temperatura, y una forma especial de insulina permite que esta glucosa extra entre en las células. Cuando la rana se calienta de nuevo durante la primavera, la glucosa extra debe eliminarse rápidamente de las células y reciclarse mediante la excreción renal y el almacenamiento en la vejiga. Los insectos del Ártico también utilizan azúcares como crioprotectores. Los peces del Ártico utilizan proteínas anticongelantes, a veces acompañadas de azúcares, como crioprotectores.
Aplicaciones
El vidrio sódico-calcáreo ordinario, utilizado en ventanas y vajillas, se crea añadiendo carbonato sódico y cal (óxido de calcio) al dióxido de silicio. Sin estos aditivos, el dióxido de silicio formará (con un enfriamiento lento) arena o cristal de cuarzo, no vidrio.
La vitrificación es una técnica probada en la eliminación y el almacenamiento a largo plazo de residuos nucleares u otros residuos peligrosos. Los residuos se mezclan con productos químicos formadores de vidrio para formar vidrio fundido que luego se solidifica, inmovilizando los residuos. La forma final de los residuos se asemeja a la obsidiana y es un material duradero y no lixiviable que atrapa eficazmente los residuos en su interior. Los residuos pueden almacenarse durante períodos relativamente largos en esta forma sin preocuparse por la contaminación del aire o de las aguas subterráneas. La vitrificación a granel utiliza electrodos para fundir el suelo y los residuos donde se encuentran enterrados. Los residuos endurecidos pueden entonces ser desenterrados con menos peligro de contaminación generalizada. Según los Laboratorios Nacionales del Noroeste del Pacífico, «la vitrificación encierra los materiales peligrosos en una forma de vidrio estable que durará miles de años».
El etilenglicol se utiliza como anticongelante para automóviles y el propilenglicol se ha utilizado para reducir los cristales de hielo en los helados, haciéndolos más suaves.
Durante años, el glicerol se ha utilizado en criobiología como crioprotector para las células sanguíneas y el esperma de toro, lo que permite su almacenamiento a temperaturas de nitrógeno líquido. Sin embargo, el glicerol no puede utilizarse para proteger órganos enteros de los daños. En su lugar, muchas empresas de biotecnología están investigando actualmente el desarrollo de otros crioprotectores más adecuados para estos usos. Un descubrimiento exitoso podría hacer posible el almacenamiento criogénico a gran escala (o «banco») de órganos humanos y xenobióticos transplantables. Ya se ha dado un paso importante en esa dirección. En la conferencia anual de julio de 2005 de la Sociedad de Criobiología, Twenty-First Century Medicine anunció la vitrificación de un riñón de conejo a -135 °C con su cóctel de vitrificación patentado. Tras el recalentamiento, el riñón se trasplantó con éxito a un conejo, con total funcionalidad y viabilidad.
En el contexto de la criónica, especialmente en la preservación del cerebro humano, se cree que la vitrificación del tejido es necesaria para evitar la destrucción del tejido o de la información codificada en el cerebro. En la actualidad, las técnicas de vitrificación sólo han sido aplicadas a los cerebros (neurovitrificación) por Alcor y a la parte superior del cuerpo por el Cryonics Institute, pero ambas organizaciones están investigando para aplicar la vitrificación a todo el cuerpo.
Ver también
- Sólido morfo
- Criogenia
- Vidrio
- Decadencia radiactiva
Notas
- Jack R. Layne, Jr, y Richard E. Lee, Jr. (1995), Adaptaciones de las ranas para sobrevivir a la congelación. Climate Research 5: 53-59. Recuperado el 25 de diciembre de 2008.
- M.I. Ojovan, y W.E. Lee, An Introduction to Nuclear Waste Immobilisation (Elsevier, Amsterdam, 2005), 315.
- Cálculos de liberación de formas de residuos para la evaluación del rendimiento de la instalación de eliminación integrada de 2005 (PDF). PNNL-15198. Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (julio de 2005). Recuperado el 25 de diciembre de 2008.
- Sesión plenaria: Fundamentos de la bioconservación. Programa científico de CRYO 2005. Sociedad de Criobiología (24 de julio de 2005). Recuperado el 25 de diciembre de 2008.
- Ashle, Steven. June 2002. Divide y Vitrifica. Scientific American.
- Lovgren, Stefan. March 2005. Corpses Frozen for Future Rebirth by Arizona Company. National Geographic.
- Vitrificación: Putting the Heat on Waste.
- Vitrificación en criónica
- Fragilidad de los líquidos y transición vítrea en el agua y en las soluciones acuosas
- Vitrification history
- History of «Vitrification»
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Créditos
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