Metaestabilidad para niños
La metaestabilidad es una característica de algunos sistemas que pueden permanecer en un estado de equilibrio que no es el más estable, durante un tiempo considerable. Imagina una pelota en un pequeño hueco en la cima de una colina. Está en equilibrio, pero si la empujas un poco, rodará cuesta abajo hasta un lugar más bajo y estable.
En la ciencia, esto significa que un sistema está en un estado que parece estable, pero no es el más estable posible. Para que cambie a su estado más estable, necesita un empujón o una cantidad de energía, como si la pelota necesitara un empujón para salir del hueco. A esta energía se le llama energía de activación.
Contenido
Metaestabilidad en la química
¿Por qué los diamantes no se convierten en grafito?
Un ejemplo muy interesante de metaestabilidad lo encontramos en los diamantes. A temperatura ambiente, los diamantes son metaestables. Su forma más estable es el grafito, que es lo que encontramos en las minas de lápiz. Sin embargo, la transformación de diamante a grafito es increíblemente lenta. ¡Tardaría millones de años! Por eso, los diamantes que conocemos se mantienen como diamantes.
Si aumentamos mucho la temperatura, la transformación se acelera y el diamante sí se convierte en grafito.
La martensita en los aceros
Otro ejemplo es la martensita, un tipo de material que se usa para controlar la dureza de la mayoría de los aceros. La martensita es una fase metaestable que se forma cuando el acero se enfría rápidamente.
Metaestabilidad en la biología
¿Cómo se mantienen estables las moléculas de la vida?
Las moléculas que forman los seres vivos, como el ADN (nuestro código genético), el ARN y las proteínas, también son metaestables. Esto significa que, aunque podrían descomponerse en formas más simples, se mantienen estables durante mucho tiempo.
Las enzimas son como pequeños "aceleradores" biológicos. Son proteínas que ayudan a que las reacciones químicas en nuestro cuerpo ocurran mucho más rápido de lo que lo harían por sí solas. Lo hacen disminuyendo la energía de activación necesaria para que una reacción empiece. Gracias a las enzimas, nuestro metabolismo (todos los procesos químicos que nos mantienen vivos) funciona de manera eficiente.
Metaestabilidad en la física
¿Qué es un estado metaestable en física?
En física, un estado metaestable es un estado de energía que es un mínimo local. Esto significa que el sistema está en un punto bajo de energía, pero no en el más bajo de todos. Puede ser inestable si recibe una perturbación lo suficientemente grande.
El agua que no se congela
Un ejemplo curioso es el de las gotas de agua muy pura en un aire también muy limpio. Estas gotas no se congelan a 0 °C, sino que pueden permanecer líquidas hasta los -39 °C. A esto se le llama sobrefusión. Este estado de sobrefusión termina de repente si la gota entra en contacto con algo externo, como un pequeño cristal de hielo.
Isótopos radiactivos
Para un isótopo radiactivo, su estado de inestabilidad se mide por su período radiactivo de desintegración. Este período puede ser muy corto (minutos) o muy largo (millones de años).
Metaestabilidad en los átomos
En la física atómica, un nivel metaestable es un estado en el que un electrón excitado (con más energía de lo normal) permanece estable por más tiempo antes de volver a un nivel de energía más bajo.
Todos los estados de energía de un electrón en una molécula o átomo que están por encima de su estado fundamental (el de menor energía) son metaestables. Cuando un electrón está en un estado excitado y hay un estado de energía más bajo vacío, el electrón puede caer a ese estado inferior, liberando energía en forma de fotón (una partícula de luz).
Metaestabilidad en la electrónica digital
¿Cómo afecta a los circuitos electrónicos?
Los circuitos electrónicos digitales, como los de tu teléfono o computadora, funcionan con dos niveles de voltaje que representan un 0 o un 1. Estos circuitos usan componentes llamados biestables, que son como pequeños interruptores que pueden "recordar" si están en 0 o en 1.
Los biestables necesitan una señal de reloj para saber cuándo cambiar de estado. Si la señal de entrada cambia justo en el momento en que llega el pulso del reloj, el biestable puede quedarse en un estado intermedio, entre el 0 y el 1. Este estado se llama estado metaestable.
Cuando un biestable está en un estado metaestable, el circuito digital puede funcionar de forma inesperada o cometer errores. Aunque este estado no dura para siempre y el biestable finalmente se decidirá por un 0 o un 1, no se sabe cuánto tiempo tardará. Los diseñadores de chips trabajan mucho para asegurarse de que estos estados metaestables sean muy raros y no causen problemas en los dispositivos que usamos a diario.
Galería de imágenes
-
Un sistema metaestable con un estado débilmente estable (1), un estado inestable de transición (2) y un estado fuertemente estable (3).
Véase también
En inglés: Metastability Facts for Kids
- Equilibrio mecánico
- Equilibrio termodinámico
- Estabilidad de partículas
- Estado estacionario
- Homeostasis
- Isómero nuclear
