metastabilidad

La metastabilidad es la propiedad de un sistema de permanecer en un estado metaestable, estable ante perturbaciones pequeñas pero no el más estable termodinámicamente. Este estado es una configuración local mínima de la energía libre o potencial, separada del estado más estable por una barrera. La transición exige superar esa barrera, y puede ocurrir tras tiempos largos, según la temperatura y la altura de la barrera.

Ejemplos habituales: líquidos superenfriados que no se cristalizan, soluciones supersaturadas que no precipitan y intermediarios en rutas de reacción. En materiales, fases que persisten fuera de la estabilidad global; por ejemplo, el diamante es metastable respecto al grafito a condiciones normales. En cosmología, el vacío metastable describe estados de menor energía que el vacío verdadero.

En sistemas dinámicos y procesos estocásticos, un estado metaestable puede durar mucho tiempo antes de una transición a un estado estable definitivo. En paisajes de energía o cadenas de Markov, las transiciones están sometidas a grandes barreras, generando largas residencias en ciertas configuraciones. Estas ideas explican la cinética de la cristalización y de la vitrificación.

Relevante en ciencia de materiales, química, física y cosmología. Comprender y controlar la metastabilidad permite diseñar materiales con propiedades deseadas, optimizar procesos de cristalización y predecir la durabilidad ante cambios de temperatura o presión. Se detecta con calorimetría, espectroscopía, difracción de rayos X y estudios cinéticos.