Metastabilność
Metastabilność – własność delikatnej równowagi stanów, które są stabilne dla małych odchyleń od położenia równowagi, ale większe wychylenie powoduje zmianę stanu i przejście do równowagi pełnej, lub ew. innego stanu metastabilnego.
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a0/Meta-stability.svg/220px-Meta-stability.svg.png)
Ze względu na naturalne fluktuacje stany metastabilne rozpadają się samoistnie, ale czas ich trwania może być bardzo długi. Dlatego dostarczenie energii, np. przez podgrzanie, zwiększa szybkość przemiany i może doprowadzić do zmiany stanu substancji.
Z fizycznego punktu widzenia układ w stanie metastabilnym znajduje się w minimum lokalnym (ale nie globalnym) energii, a po dostarczeniu energii potrzebnej do pokonania bariery lub w wyniku zjawiska tunelowego przechodzi do stanu o mniejszej energii.
Metastabilność substancji chemicznych
edytujZazwyczaj metastabilność jest spowodowana względnie wolnym tempem przejścia fazowego. Przypadkiem metastabilności jest alotropia pierwiastków chemicznych – przy danej temperaturze i ciśnieniu, w pełni stabilna jest tylko jedna odmiana, ale inne również mogą istnieć. Przykładowo, w temperaturze pokojowej diament jest metastabilny, ponieważ przejście do stabilnej postaci grafitu jest niezwykle powolne. Przy wyższych temperaturach tempo przejścia fazowego jest większe i diament przekształci się w grafit.
Innymi przykładami substancji w stanach metastabilnych są ciecz przechłodzona i przegrzana.
Często powtarzanym błędem jest twierdzenie, że szkło jest substancją w stanie metastabilnym. Nie jest to prawda, ponieważ stan szklisty jest z termodynamicznego punktu widzenia niestabilny[1]. Jest to przykład tzw. "zamrożonego nieporządku".
Metastabilność w fizyce jądrowej
edytujPojęcie metastabilności pojawia się także w kontekście przemian jądrowych. Metastabilne izomery jądrowe są jądrami atomowymi w stanie wzbudzonym, z którego przechodzą do stanu o niższej energii (przejście izomeryczne). Przejście to może odbywać się przez emisję gamma, w wyniku której otrzymuje się w stanie końcowym ten sam izotop, lub poprzez inny typ rozpadu, wtedy jednak powstaje inny nuklid.
W rzadkich przypadkach izomery jądrowe mogą być bardzo trwałe; najtrwalsze znane jądro wzbudzone 180mTa ma czas połowicznego rozpadu powyżej 1,2×1015 lat i występuje naturalnie na Ziemi, podczas gdy stan podstawowy tego izotopu ulega rozpadowi w czasie rzędu godzin.
Przypisy
edytuj- ↑ Sergei V. Nemilov: Thermodynamic and kinetic aspects of the vitreous state. CRC Press, 1995, s. 11-12. ISBN 0-8493-3782-8.