metastabiilit

Metastabilitet är ett tillstånd hos ett fysikaliskt, kemiskt eller tekniskt system där det finns ett lokalt energiminimum som är temporärt stabilt, men där ett mer stabilt, globalt minimum finns vid lägre energi. Systemet kan därför kvarstå i metastabilt tillstånd under mycket lång tid, men det kan övergå till det stabilare tillståndet när en tillräcklig aktiveringsbarriär passeras eller när störningar tillåter nucleation och tillväxt av en mer stabil fas.

Övergången från ett metastabilt tillstånd till ett grundläge styrs vanligtvis av en energibarriär i systemets potentiell. Hastigheten för omvandlingen beror på temperatur, tryck och materialegenskaper och följer ofta Arrhenius- eller Kramers-liknande lagar. Vid låga temperaturer kan övergångarna vara mycket långsamma, medan små förändringar i omgivningen kan dramatiskt snabba processen.

Vanliga exempel inkluderar superavkylt vatten som inte fryser vid temperaturer över fryspunkten tills en kärna bildas, glas som är icke-kristallina men inte den mest stabila formen av ämnet, samt metastabila faser i fasta material som bildas vid snabb härdning (t.ex. austenit i stål) eller högenergiska polymorfer i läkemedel som skiljer sig i löslighet och stabilitet från den mest stabila kristallformen.

Metastabilitet har praktiska betydelser inom materialvetenskap, kemi och farmaceutisk industri. Den kan användas för att uppnå önskade egenskaper genom kontrollerad behandling, men den kan också leda till oönskade omvandlingar och degradering om rätt förutsättningar uppträder.