metastabiili

Metastabiilius tarkoittaa tilaa, jossa järjestelmä on paikallisessa energianminimissä, mutta ei globaalisti vakaimmassa tilassa. Muutos vakaampaan tilaan edellyttää energiatasolta ylittävää energiaesteä. Tila voi säilyä pitkään, mutta sitä voidaan muuttaa, kun olosuhteet kuten lämpötila, paine tai häiriöt muuttuvat. Metastabiilit tilat ovat yleisiä monissa luonnon ja teknologian tilanteissa.

Esimerkkejä metastabiilisuudesta ovat superkylmä vesi, joka pysyy nestemäisenä alle 0 °C ilman jäätymistä, sekä amorfiset kiinteät aineet kuten lasi, jotka voivat ajan myötä kristallisoitua. Myös erilaisten kiteisten polymorfien olemassaolo osoittaa, kuinka sama kemiallinen koostumus voi olla useassa metastabiilissa muodossa suhteessa toisiinsa.

Merkitys: metastabiilisuus vaikuttaa materiaalien käsittelyyn ja suunnitteluun sekä kemiallisissa reaktioissa että lääkeaineiden tehoissa. Esimerkiksi eri polymorfiset muodot voivat erota solubiliudeltaan ja stabiilisuudeltaan, mikä vaikuttaa käytännön sovelluksiin ja varastointiin. Ymmärtämällä energiakenttien rakenteen voidaan ennakoida, milloin tila muuttuu ja miten muutokset voivat hallita prosesseja.

Käsite erottuu vakaasta tilasta ja epävakaasta tilasta: vakaalla tilalla on globaali minimi, epävakaalla tilalla on suurempi riski nopeasti muuttua, ja metastabiililla tilalla on paikallinen minimi, johon muutoksia edustaa energiaeste.