Nucleación

La nucleación es un proceso clave para lograr entender el proceso térmico de los polímeros, aleaciones y algunos tipos de cerámicas. En las ramas de la química y la biología, puede llegar a hacer referencia a la formación de los multímeros, los cuales se definen como los que participan en forma de intermediarios en los procesos de polimerización. Este es el mejor modelo que existe para los procesos de cristalización y amiloidogénesis. En la rama de la biología molecular, este proceso es utilizado para acabar con la fase crítica en el montaje de estructuras poliméricas como por ejemplo los microfilamentos. El proceso de nucleación presenta también dos contribuciones que determinan la estabilidad de los núcleos formados: la energía libre de solidificación, y la energía libre de formación de las nuevas superficies del núcleo lo cual es desfavorable. Una muestra clara es, por ejemplo, cuando el agua pura se congela a 0°C, pero puede "supe enfriarse" hasta los -42 °C1​ sin congelarse, si no existen nucleadores para la formación del hielo. Por tanto, los nucleadores son importantes en meteorología, porque a menudo hay pocos nucleadores presentes dentro de la atmósfera superior.

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¿Qué es la nucleación?

Se llama nucleación a la aparición de una nueva fase estable. Es un proceso importante y necesario para entender el proceso térmico de los polímeros. Se puede definir también como la formación de los multímeros siendo la nucleación la mejor forma de intermediar en los procesos de polimerización ayudando en la estabilidad de los núcleos.

Características de la nucleación

La nucleación es un proceso que se da generalmente con más dificultad en el interior de una sustancia uniforme. Se caracteriza porque la activación térmica que posee brindará la energía necesaria para poder dar forma a un núcleo estable. Tiene dos tipos diferentes, la homogénea y la heterogénea. Se le puede llamar al este proceso la aparición de una nueva fase.

Mecánica de la nucleación

Se puede dar con dificultad dentro de una sustancia que tiene características de uniformidad, y esto lo realiza por medio de un proceso llamado nucleación homogénea. Los líquidos que se enfrían por debajo de la temperatura máxima de nucleación heterogénea, pero que están por encima de la temperatura de nucleación homogénea se dice que están super enfriados. En la heterogénea se da la liberación de cierta cantidad de energía por medio de la destrucción de una parte de la interfase anterior. Al final del proceso, la activación térmica nos dará la suficiente cantidad de energía para crear un núcleo estable. Luego estos pueden crecer hasta que se restablece el equilibrio termodinámico.

La transformación de los líquidos a sólidos se da mediante dos etapas. La primera de ellas es la nucleación de la fase sólida en medio de la fase líquida, donde se produce la generación de una superficie sólido-líquido que tiene una energía de superficie (energía por unidad de superficie) y, las segundas de ellas durante la solidificación coexisten ambas fases, sólida y líquida.

Tipos

El proceso de solidificación de los metales se basa en tres diferentes e importantes etapas; formación de núcleos estables en el fundido, el crecimiento del núcleo hasta dar origen a los cristales y la formación de una estructura granular. El aspecto que tenga cada uno de esos granos luego de que se presenta la solidificación del metal va a depender de numerosos factores, siendo uno de los más importantes los gradientes térmicos. Existen dos tipos diferentes con respecto a la solidificación de los metales y ellos son los siguientes:

• Nucleación Homogénea: Este tipo se presenta en el líquido fundido cuando el metal da por él mismo los átomos para lograr conseguir formar los núcleos. Cuando un metal líquido puro se enfría debajo de su temperatura de equilibrio de solidificación de manera correcta y en cantidad suficiente, se forman núcleos homogéneos por movimiento lento de átomos lo cuales tienden a mantenerse agrupados. Para lograrla se requiere de un elevado grado de sub-enfriamiento, lo cual puede llegar a ser incluso de cientos de grados centígrados para los metales. Para lograr que un núcleo estable se convierta en un cristal, se debe de alcanzar un tamaño crítico. El conjunto de átomos que están entrelazados entre sí, se llama embrión. El grupo que sea de mayor tamaño crítico se llama núcleo.
• Nucleación Heterogénea: Esta es la que sucede en un líquido sobre la superficie del recipiente que contienen impurezas que son insolubles, o algunos otros materiales estructurales que disminuyen la energía libre para poder formar un núcleo que sea estable. Para que ocurra este tipo de nucleación, el agende de nucleación sólido debe de ser mojado por el metal líquido. Tiene lugar sobre el agente de nucleación porque la energía superficial que se necesita para formar un núcleo estable sobre el material es más baja que si el núcleo se creara sobre su propio núcleo.