STABILITA', METASTABILITA'

 Un sistema è stabile quando si trova in un minimo assoluto della propria energia, e se si parla di chimica si parla di energia libera di Gibbs, G. In genere la situazione è quella dell'immagine: il sistema rimarrà indefinitamente nel punto G se non gli viene fornita l'energia di attivazione necessaria a cambiare stato per ritrovarsi in un minimo assoluto della propria energia. Quella dell'immagine è la situazione tipica del modello del complesso attivato (https://ilchimicoscettico.blogspot.com/2021/06/la-termodinamica-dentro-la-cinetica.html).

Ma c'è metastabilità e metastabilità. Per esempio questa è una metastabilità molto, molto particolare.

Il grafico è relativo a un sistema costituito da un soluto e da un solvente. Sotto la curva azzurra non succede niente, il soluto è disciolto nel solvente e lì rimane. Sopra la curva rossa la soluzione è sovrasatura, e il soluto cristallizza. Tra le due curve c'è la zona metastabile.

E la zona metastabile è piuttosto affascinante: E' il confine tra sottosaturazione e sovrasaturazione e è appunto metabile. A concentrazione e temperatura costanti il sistema può rimanere nella zona metastabile per tempi indefiniti. E' la classica situazione che genera commenti tipo "Non vuole cristallizzare" o "sta per cristallizare, ma...". Il sistema si può trovare al limite superiore della zona metastabile ma rimanere fermo lì. A meno che non gli si fornisca informazione.

Già, informazione. Poi il resto andrà come di solito va (in una cristallizzatione la nucleazione, cioè la formazione di cristalli, è endotermica, mentre la crescita dei cristalli è esotermica). Ma l'innesco del processo non sarà determinato dal fornire energia al sistema, ma da fornirgli informazione sotto forma di struttura, cioè di semi cristallini.

E' un fenomeno che continua ad affascinarmi. Ho ricordi vivissimi dei tempi ormai lontani quando, nell'ultimo passaggio del processo in un reattore da 2000 l, si otteneva questa miscela incolore e translucida. Caricavo i semi, cristalli del prodotto ottenuti in precedenza, dopo aver settato la temperatura della camicia del reattore a -5 °C. E subito la miscela translucida diventava una torbida candida, e la temperatura del batch saliva di una trentina di gradi (senza raffreddamento sarebbe salita molto di più, cioè troppo).

Per dare idea della cosa non ho trovato di meglio di questo:

https://youtube.com/shorts/cw4vA8UrDWw?feature=share

Pensando alla storia e alle vicende umane verrebbe da dire che si passa da un'equilibrio metastabile all'altro, passando da zone di instabilità più o meno pronunciata strada facendo. E sarebbe fantastico se pochi semi di informazione potessero innescare passaggi a stati più stabili. Ma non è questo il caso.