Ver el código de «Transición de fase»

[[Archivo:Phase_change_-_es.svg|derecha|miniaturadeimagen|361x361px|Este diagrama muestra la nomenclatura para las diferentes transiciones de fase.]]
En [[química]], [[termodinámica]] y otros campos relacionados, las '''transiciones de fase''' (o '''cambios de fase''') son los procesos físicos de transición entre un estado de un medio, identificado por unos parámetros, y otro, con diferentes valores de los parámetros. El término transición de fase se usa más comúnmente para describir transiciones entre estados [[sólido]], [[líquido]] y [[Gas|gaseoso]] de la materia, así como [[Plasma (estado de la materia)|plasma]] en casos raros. 

Por ejemplo, una fase de un [[sistema termodinámico]] y los [[Estado de agregación de la materia|estados de la materia]] tienen [[Propiedad física|propiedades físicas]] uniformes. Durante una transición de fase de un medio dado, ciertas propiedades del medio cambian, a menudo de manera discontinua, como resultado del cambio de alguna condición externa, como la [[temperatura]], la [[presión]] u otras. A modo de ejemplo, un líquido puede convertirse en gas al calentarse hasta el [[punto de ebullición]], lo que resulta en un cambio abrupto en el volumen. La medición de las condiciones externas en las que se produce la transformación se denomina transición de fase. Las transiciones de fase comúnmente ocurren en la naturaleza y se usan hoy en día en muchas tecnologías.

== Tipos de transición de fase ==
Los ejemplos de transiciones de fase incluyen:

* Las transiciones entre el sólido, líquido, y fases gaseosas de un componente solo, debido a los efectos de temperatura y/o [[presión]]:

{| style="background: transparent; border: none; text-align: center; margin-bottom: 10px;" class="wikitable"
|+ id="25" |Transiciones de fase de la materia<br>
| style="padding:0px;" rowspan="2" id="30" colspan="2" |[[Archivo:Four_Fundamental_States_of_Matter.png|109x109px]]
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|Recombinación
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|}

:{{VT|presión de vapor|Diagrama de fase|l1=Presión de vapor}}

[[Archivo:Phase-diag2.svg|miniaturadeimagen|300x300px|Un esquema de fase típico. La línea de puntos da [[Molécula de agua|el comportamiento anómalo de agua]].]]
[[Archivo:Argon_ice_1.jpg|derecha|miniaturadeimagen|Una pequeña porción de argón sólido de fusión rápida muestra simultáneamente las transiciones de sólido a líquido y de líquido a gas.]]
[[Archivo:Comparison_carbon_dioxide_water_phase_diagrams.svg|miniaturadeimagen|354x354px|Comparación de diagramas de fase de dióxido de carbono (rojo) y agua (azul) que explican sus diferentes transiciones de fase a 1 atmósfera]]

* Una transformación [[eutéctica]], en la que un líquido monofásico de dos componentes se enfría y se transforma en dos fases sólidas. El mismo proceso, pero que comienza con un sólido en lugar de un líquido, se denomina transformación eutectoide.
* Una transformación [[peritectica]], en la cual un sólido monofásico de dos componentes se calienta y se transforma en una fase sólida y una fase líquida.
* Una [[descomposición espinodal]], en la que una sola fase se enfría y se separa en dos composiciones diferentes de esa misma fase.
* Transición a una [[mesofase]] entre sólido y líquido, como una de las fases de "[[cristal líquido]]".
* La transición entre las fases [[ferromagnética]] y [[paramagnética]] de los materiales magnéticos en el [[punto de Curie]].
* La transición entre estructuras magnéticas, ordenadas, proporcionadas o no coordinadas de manera diferente, como en el [[antimonio]] de cerio.
* La [[transformación martensítica]] que se presenta como una de las muchas transformaciones de fase en el acero al [[carbono]] y se erige como un modelo para las [[transformaciones de fase de desplazamiento]].
* Cambios en la estructura cristalográfica, como entre [[Ferrita (hierro)|ferrita]] y [[austenita]] de [[hierro]].
* Transiciones de orden-desorden como los aluminuros de alfa-titanio.
* La dependencia de la [[geometría]] de [[adsorción]] de la cobertura y la temperatura, como para el [[hidrógeno]] sobre el hierro (110).
* La aparición de [[superconductividad]] en ciertos metales y cerámicas cuando se enfría por debajo de una [[temperatura crítica]].
* La transición entre diferentes estructuras moleculares ([[polimorfos]], [[alótropos]] o [[poliamorfos]]), especialmente de sólidos, como entre una estructura amorfa y una estructura cristalina, entre dos estructuras cristalinas diferentes o entre dos estructuras amorfas.
* Condensación cuántica de fluidos bosónicos ([[condensación de Bose-Einstein]]). La transición [[superfluida]] en helio líquido es un ejemplo de esto.
* La ruptura de simetrías en las leyes de la física durante la historia temprana del universo a medida que su temperatura se enfría.
* El fraccionamiento de [[isótopos]] ocurre durante una transición de fase, la proporción de isótopos ligeros a pesados en las moléculas involucradas cambia. Cuando el vapor de agua se condensa (un [[fraccionamiento de equilibrio]]), los isótopos de agua más pesados (18O y 2H) se enriquecen en la fase líquida, mientras que los isótopos más ligeros (16O y 1H) tienden hacia la fase de vapor.<ref>{{Cite web|year=2004|author=Carol Kendall|title=Fundamentals of Stable Isotope Geochemistry|url=http://wwwrcamnl.wr.usgs.gov/isoig/res/funda.html|publisher=USGS|accessdate=10 de abril de 2014}}</ref>

Las transiciones de fase se producen cuando la [[energía libre termodinámica]] de un sistema no es analítica para una selección de variables termodinámicas. Esta condición generalmente se deriva de las interacciones de una gran cantidad de partículas en un sistema y no aparece en sistemas que son demasiado pequeños. Es importante tener en cuenta que las transiciones de fase pueden ocurrir y se definen para sistemas no termodinámicos, donde la temperatura no es un parámetro. Los ejemplos incluyen: transiciones de fase cuántica, transiciones de fase dinámicas y transiciones de fase topológicas (estructurales). En estos tipos de sistemas otros parámetros toman el lugar de la temperatura. Por ejemplo, la probabilidad de conexión reemplaza la temperatura de las redes de filtración.

En el punto de transición de fase (por ejemplo, [[punto de ebullición]]) las dos fases de una sustancia, líquido y vapor, tienen energías libres idénticas y, por lo tanto, es igualmente probable que existan. Por debajo del punto de ebullición, el líquido es el estado más estable de los dos, mientras que por encima la forma gaseosa es la más estable.

A veces es posible cambiar el estado de un sistema [[diabáticamente]] (en lugar de [[adiabáticamente]]) de tal manera que se pueda pasar más allá de un punto de transición de fase sin sufrir una transición de fase. El estado resultante es [[metaestable]], es decir, menos estable que la fase en la que se habría producido la transición, pero tampoco inestable. Esto ocurre en el sobrecalentamiento, el [[sobreenfriamiento]] y la sobresaturación, por ejemplo.

== Clasificaciones ==

=== Clasificación de Ehrenfest ===
[[Paul Ehrenfest]] clasificó las transiciones de fase según el comportamiento de la [[energía libre termodinámica]] en función de otras variables termodinámicas.<ref name="ReferenceA">{{cite journal|last1=Jaeger|first1=Gregg|title=The Ehrenfest Classification of Phase Transitions: Introduction and Evolution|journal=Archive for History of Exact Sciences|fecha=1 de mayo de 1998|volume=53|issue=1|pages=51–81|doi=10.1007/s004070050021}}</ref> Bajo este esquema, las transiciones de fase se marcaron con la derivada más baja de la energía libre que es discontinua en la transición. ''Las transiciones de fase de primer orden'' exhiben una discontinuidad en la primera derivada de la energía libre con respecto a alguna variable termodinámica.<ref name="Blundell">{{Cite book|last=Blundell|first=Stephen J.|author2=Katherine M. Blundell|title=Concepts in Thermal Physics|publisher=Oxford University Press|year=2008|isbn=978-0-19-856770-7}}</ref> Las diversas transiciones sólido/líquido/gas se clasifican como transiciones de primer orden porque implican un cambio discontinuo en la densidad, que es la (inversa de la) primera derivada de la energía libre con respecto a la presión.'' Las transiciones de fase de segundo orden ''son continuas en la primera derivada (el parámetro de orden, que es la primera derivada de la energía libre con respecto al campo externo, es continua a lo largo de la transición) pero exhibe discontinuidad en una segunda derivada de la energía libre. Estos incluyen la transición de fase ferromagnética en materiales como el hierro, donde la magnetización, que es la primera derivada de la energía libre con respecto a la intensidad del campo magnético aplicado, aumenta continuamente desde cero a medida que la temperatura desciende por debajo de la [[temperatura de Curie]]. La susceptibilidad magnética, la segunda derivada de la energía libre con el campo, cambia de manera discontinua. Bajo el esquema de clasificación de Ehrenfest, en principio podría haber transiciones de fase de tercer, cuarto y orden superior.

Aunque es útil, se ha encontrado que la clasificación de Ehrenfest es un método incompleto para clasificar las transiciones de fase, ya que no tiene en cuenta el caso en que un derivado de la energía libre diverge (lo que solo es posible en el [[límite termodinámico]]). Por ejemplo, en la transición ferromagnética, la [[capacidad calorífica]] diverge hasta el infinito. El mismo fenómeno también se ve en la transición de fase superconductora.

=== Clasificaciones modernas ===
En el esquema de clasificación moderno, las transiciones de fase se dividen en dos grandes categorías, denominadas de manera similar a las clases de Ehrenfest:

''Las transiciones de fase de primer orden'' son aquellas que involucran un calor latente. Durante tal transición, un sistema absorbe o libera una cantidad fija (y generalmente grande) de energía por volumen. Durante este proceso, la temperatura del sistema se mantendrá constante a medida que se agregue calor: el sistema se encuentra en un "régimen de fase mixta" en el que algunas partes del sistema han completado la transición y otras no. Ejemplos familiares son la fusión del hielo o la ebullición del agua (el agua no se convierte instantáneamente en vapor, sino que forma una mezcla turbulenta de agua líquida y burbujas de vapor). Imry y Wortis demostraron que el trastorno extinguido puede ampliar una transición de primer orden. Es decir, la transformación se completa en un rango finito de temperaturas, pero sobreviven fenómenos como el sobreenfriamiento y el sobrecalentamiento y se observa una histéresis en los ciclos térmicos.<ref>{{cite journal|last1=Imry|first1=Y.|last2=Wortis|first2=M.|year=1979|title=Influence of quenched impurities on first-order phase transitions|url=|journal=Phys. Rev. B|volume=19|issue=7|pages=3580–3585|doi=10.1103/physrevb.19.3580|bibcode=1979PhRvB..19.3580I}}</ref><ref name="KumarPramanik2006">{{cite journal|last1=Kumar|first1=Kranti|last2=Pramanik|first2=A. K.|last3=Banerjee|first3=A.|last4=Chaddah|first4=P.|last5=Roy|first5=S. B.|last6=Park|first6=S.|last7=Zhang|first7=C. L.|last8=Cheong|first8=S.-W.|title=Relating supercooling and glass-like arrest of kinetics for phase separated systems: DopedCeFe2and(La,Pr,Ca)MnO3|journal=Physical Review B|volume=73|issue=18|pages=184435|year=2006|issn=1098-0121|doi=10.1103/PhysRevB.73.184435|arxiv=cond-mat/0602627|bibcode=2006PhRvB..73r4435K}}</ref><ref name="PasquiniDaroca2008">{{cite journal|last1=Pasquini|first1=G.|last2=Daroca|first2=D. Pérez|last3=Chiliotte|first3=C.|last4=Lozano|first4=G. S.|last5=Bekeris|first5=V.|title=Ordered, Disordered, and Coexistent Stable Vortex Lattices inNbSe2Single Crystals|journal=Physical Review Letters|volume=100|issue=24|pages=247003|year=2008|issn=0031-9007|doi=10.1103/PhysRevLett.100.247003|pmid=18643617|bibcode=2008PhRvL.100x7003P|arxiv=0803.0307}}</ref>

Las transiciones de fase de segundo orden también se denominan ''transiciones de fase continua''. Se caracterizan por una susceptibilidad divergente, una longitud de correlación infinita y un decaimiento de la ley de potencias de las correlaciones cercanas a la criticidad. Ejemplos de transiciones de fase de segundo orden son la transición ferromagnética, la transición superconductora (para un [[Superconductor de tipo I]], la transición de fase es de segundo orden en el campo externo cero y para un [[Superconductor de tipo II]] la transición de fase es de segundo orden para ambos estados (estado mixto y estado mixto - transiciones de estado superconductor) y la transición superfluida. En contraste con la viscosidad, la expansión térmica y la capacidad térmica de los materiales amorfos muestran un cambio relativamente repentino a la temperatura de transición vítrea que permite una detección precisa utilizando mediciones de [[Calorimetría diferencial de barrido]].<ref name="J. Non-Cryst 2013">{{cite journal|last1=Ojovan|first1=M.I.|year=2013|title=Ordering and structural changes at the glass-liquid transition|url=|journal=J. Non-Cryst. Solids|volume=382|issue=|pages=79–86|doi=10.1016/j.jnoncrysol.2013.10.016|bibcode=2013JNCS..382...79O}}</ref> [[Lev Landáu|Lev Landau]] dio una teoría fenomenológica de las transiciones de fase de segundo orden.

Aparte de las transiciones de fase simples y aisladas, existen líneas de transición así como [[puntos multicríticos]], al variar parámetros externos como el campo magnético o la composición.

Varias transiciones son conocidas como transiciones de fase de orden infinito. Son continuos pero no rompen simetrías. El ejemplo más famoso es la [[transición de Kosterlitz-Thouless]] en el [[modelo XY]] bidimensional. Muchas transiciones de fase cuántica, por ejemplo, en [[gases de electrones bidimensionales]], pertenecen a esta clase.

La [[transición vítrea]] se observa en muchos [[polímeros]] y otros líquidos que pueden subenfriarse muy por debajo del punto de fusión de la fase cristalina. Esto es atípico en varios aspectos. No es una transición entre los estados fundamentales termodinámicos: se cree ampliamente que el estado fundamental verdadero es siempre cristalino. El vidrio es un estado de desorden enfriado, y su entropía, densidad, etc., dependen de la historia térmica. Por lo tanto, la transición vítrea es principalmente un fenómeno dinámico: al enfriar un líquido, los grados internos de libertad se desequilibran sucesivamente. Algunos métodos teóricos predicen una transición de fase subyacente en el límite hipotético de tiempos de relajación infinitamente largos. Ninguna evidencia experimental directa apoya la existencia de estas transiciones.<ref>Gotze, Wolfgang. "Complex Dynamics of Glass-Forming Liquids: A Mode-Coupling Theory."</ref><ref>{{cite journal|last1=Lubchenko|first1=V. Wolynes|last2=Wolynes|first2=Peter G.|year=2007|title=Theory of Structural Glasses and Supercooled Liquids|url=|journal=Annual Review of Physical Chemistry|volume=58|issue=|pages=235–266|doi=10.1146/annurev.physchem.58.032806.104653|pmid=17067282|arxiv=cond-mat/0607349|bibcode=2007ARPC...58..235L}}</ref> Ninguna evidencia experimental directa apoya la existencia de estas transiciones.

== Propiedades características ==
=== Coexistencia de fase ===
Se produce una transición de primer orden ampliada por el desorden en un rango finito de temperaturas en las que la fracción de la fase de equilibrio a baja temperatura crece de cero a uno (100%) a medida que la temperatura desciende. Esta variación continua de las fracciones coexistentes con la temperatura genera interesantes posibilidades. Al enfriarse, algunos líquidos se vitrifican en un vidrio en lugar de transformarse a la fase cristalina de equilibrio. Esto sucede si la velocidad de enfriamiento es más rápida que una velocidad de enfriamiento crítica, y se atribuye a que los movimientos moleculares se vuelven tan lentos que las moléculas no pueden reorganizarse en las posiciones del cristal. .<ref>{{cite journal|year=1995|title=Metallic Glasses|url=|journal=Science|volume=267|issue=5206|pages=1947–1953|bibcode=1995Sci...267.1947G|doi=10.1126/science.267.5206.1947|pmid=17770105|last1=Greer|first1=A. L.}}</ref> Esta desaceleración ocurre por debajo de una temperatura de formación de vidrio Tg, que puede depender de la presión aplicada.<ref>{{cite journal|last1=Tarjus|first1=G.|year=2007|title=Materials science: Metal turned to glass|url=|journal=Nature|volume=448|issue=7155|pages=758–759|doi=10.1038/448758a|pmid=17700684|bibcode=2007Natur.448..758T}}</ref> Si la transición de congelación de primer orden se produce en un rango de temperaturas y la Tg cae dentro de este rango, existe una posibilidad interesante de que la transición se detenga cuando es parcial e incompleta. Extender estas ideas a transiciones magnéticas de primer orden detenidas a bajas temperaturas, dio como resultado la observación de transiciones magnéticas incompletas, con dos fases magnéticas coexistiendo, hasta la temperatura más baja. Primero reportado en el caso de una transición ferromagnética a antitransromagnética, tal coexistencia de fase persistente ahora se ha reportado a través de una variedad de transiciones magnéticas de primer orden.<ref name="ManekarChaudhary2001">{{cite journal|last1=Manekar|first1=M. A.|last2=Chaudhary|first2=S.|last3=Chattopadhyay|first3=M. K.|last4=Singh|first4=K. J.|last5=Roy|first5=S. B.|last6=Chaddah|first6=P.|title=First-order transition from antiferromagnetism to ferromagnetism inCe(Fe0.96Al0.04)2|journal=Physical Review B|volume=64|issue=10|pages=104416|year=2001|issn=0163-1829|doi=10.1103/PhysRevB.64.104416|arxiv=cond-mat/0012472|bibcode=2001PhRvB..64j4416M}}</ref> Estos incluyen materiales de [[manganita]] de magnetorresistencia colosal, materiales magnetocalóricos, materiales de memoria de forma magnética y otros materiales.<ref>{{cite journal|doi=10.1088/0953-8984/18/49/L02|arxiv=cond-mat/0611152|bibcode=2006JPCM...18L.605B|title=Coexisting tunable fractions of glassy and equilibrium long-range-order phases in manganites|journal=Journal of Physics: Condensed Matter|volume=18|issue=49|pages=L605|year=2006|last1=Banerjee|first1=A|last2=Pramanik|first2=A K|last3=Kumar|first3=Kranti|last4=Chaddah|first4=P}}</ref><ref>{{Cita publicación|url=http://www.nature.com/articles/nmat1743|título=Magnetic imaging of a supercooling glass transition in a weakly disordered ferromagnet|apellidos=Wu|nombre=Weida|apellidos2=Israel|nombre2=Casey|fecha=2006-11|publicación=Nature Materials|volumen=5|número=11|páginas=881–886|idioma=en|issn=1476-1122|doi=10.1038/nmat1743|pmid=|apellidos3=Hur|nombre3=Namjung|apellidos4=Park|nombre4=Soonyong|apellidos5=Cheong|nombre5=Sang-Wook|apellidos6=de Lozanne|nombre6=Alex}}</ref><ref name="RoyChattopadhyay2006">{{cite journal|last1=Roy|first1=S. B.|last2=Chattopadhyay|first2=M. K.|last3=Chaddah|first3=P.|last4=Moore|first4=J. D.|last5=Perkins|first5=G. K.|last6=Cohen|first6=L. F.|last7=Gschneidner|first7=K. A.|last8=Pecharsky|first8=V. K.|title=Evidence of a magnetic glass state in the magnetocaloric materialGd5Ge4|journal=Physical Review B|volume=74|issue=1|pages=012403|year=2006|issn=1098-0121|doi=10.1103/PhysRevB.74.012403|bibcode=2006PhRvB..74a2403R}}</ref><ref name="LakhaniBanerjee2012">{{cite journal|last1=Lakhani|first1=Archana|last2=Banerjee|first2=A|last3=Chaddah|first3=P|last4=Chen|first4=X|last5=Ramanujan|first5=R V|title=Magnetic glass in shape memory alloy: Ni45Co5Mn38Sn12|journal=Journal of Physics: Condensed Matter|volume=24|issue=38|year=2012|pages=386004|issn=0953-8984|doi=10.1088/0953-8984/24/38/386004|pmid=22927562|arxiv=1206.2024|bibcode=2012JPCM...24L6004L}}</ref><ref name="KushwahaLakhani2009">{{cite journal|last1=Kushwaha|first1=Pallavi|last2=Lakhani|first2=Archana|last3=Rawat|first3=R.|last4=Chaddah|first4=P.|title=Low-temperature study of field-induced antiferromagnetic-ferromagnetic transition in Pd-doped Fe-Rh|journal=Physical Review B|volume=80|issue=17|pages=174413|year=2009|issn=1098-0121|doi=10.1103/PhysRevB.80.174413|arxiv=0911.4552|bibcode=2009PhRvB..80q4413K}}</ref> La característica interesante de estas observaciones de la Tg que cae dentro del rango de temperatura en el que se produce la transición es que la transición magnética de primer orden está influenciada por el campo magnético, al igual que la transición estructural está influenciada por la presión. La relativa facilidad con la que se pueden controlar los campos magnéticos, en contraste con la presión, plantea la posibilidad de que uno pueda estudiar la interacción entre Tg y Tc de una manera exhaustiva. La coexistencia de fase a través de transiciones magnéticas de primer orden permitirá la resolución de problemas sobresalientes en la comprensión de los vidrios.

=== Puntos críticos ===
En cualquier sistema que contenga fases líquidas y gaseosas, existe una combinación especial de presión y temperatura, conocida como el [[punto crítico]], en la cual la transición entre líquido y gas se convierte en una transición de segundo orden. Cerca del punto crítico, el fluido está lo suficientemente caliente y comprimido como para que la distinción entre las fases líquida y gaseosa sea casi inexistente. Esto se asocia con el fenómeno de la [[opalescencia crítica]], un aspecto lechoso del líquido debido a las fluctuaciones de densidad en todas las longitudes de onda posibles (incluidas las de luz visible).

=== Simetría ===
Las transiciones de fase a menudo implican un proceso de [[simetría rota]]. Por ejemplo, el enfriamiento de un fluido en un sólido cristalino rompe la simetría de traslación continua: cada punto en el fluido tiene las mismas propiedades, pero cada punto en un cristal no tiene las mismas propiedades (a menos que los puntos se elijan entre los puntos de la red cristalina). Típicamente, la fase de alta temperatura contiene más simetrías que la fase de baja temperatura debido a la [[ruptura espontánea de simetría]], con la excepción de ciertas [[simetrías accidentales]] (por ejemplo, la formación de partículas virtuales pesadas, que solo ocurre a bajas temperaturas).<ref>{{cite book|last1=Ivancevic|first1=Vladimir G.|last2=Ivancevic|first2=Tijiana, T.|title=Complex Nonlinearity|date=2008|publisher=Springer|location=Berlin|isbn=978-3-540-79357-1|pages=176–177|url=https://books.google.com/?id=wpsPgHgtxEYC&pg=PA177|accessdate=12 de octubre de 2014}}</ref>

=== Parámetros de orden ===
Un '''parámetro de orden''' es una medida del grado de orden a través de los límites en un sistema de transición de fase; normalmente oscila entre cero en una fase (generalmente por encima del punto crítico) y distinto de cero en la otra fase. En el punto crítico, la susceptibilidad de los parámetros de orden generalmente divergirá.<ref>{{Cite book|title=Compendium of Chemical Terminology|editor=A. D. McNaught and A. Wilkinson|isbn=978-0-86542-684-9|doi=|publisher=[[IUPAC]]|url=http://goldbook.iupac.org/goldbook/O04323.html|accessdate=23 de octubre de 2007|year=1997}}</ref>

Un ejemplo de un parámetro de orden es la [[magnetización]] neta en un sistema ferromagnético que experimenta una transición de fase. Para las transiciones de líquido/gas, el parámetro de orden es la diferencia de las densidades.

Desde una perspectiva teórica, los parámetros de orden surgen de la ruptura de simetría. Cuando esto sucede, es necesario introducir una o más variables adicionales para describir el estado del sistema. Por ejemplo, en la fase ferromagnética, se debe proporcionar la magnetización neta, cuya dirección se eligió espontáneamente cuando el sistema se enfrió por debajo del punto de Curie. Sin embargo, teniendo en cuenta que los parámetros de orden también se pueden definir para transiciones que no rompen la simetría. Algunas transiciones de fase, como la superconductora y la ferromagnética, pueden tener parámetros de orden para más de un grado de libertad. En tales fases, el parámetro de orden puede tomar la forma de un número complejo, un vector o incluso un tensor, cuya magnitud va a cero en la transición de fase.

También existen descripciones duales de transiciones de fase en términos de parámetros de desorden. Estos indican la presencia de excitaciones tipo línea, como líneas de vórtice o defecto topológico.

=== Relevancia en cosmología ===
Las transiciones de fase de ruptura de simetría desempeñan un papel importante en la cosmología. [[Lee Smolin]] y Benjamin y [[Jeremy Bernstein]] han especulado que, en el universo primitivo, el vacío (es decir, los diversos campos cuánticos que llenan el espacio) poseía una gran cantidad de simetrías. A medida que el universo se expandía y se enfriaba, el vacío sufría una serie de transiciones de fase de ruptura de simetría. Por ejemplo, la transición electrodébil rompió la simetría SU(2) × U(1) del campo electrodébil en la simetría U (1) del campo electromagnético actual. Esta transición es importante para comprender la asimetría entre la cantidad de materia y la antimateria en el universo actual ([[Bariogénesis]]).

Las transiciones de fase progresivas en un universo en expansión están implicadas en el desarrollo del orden en el universo, como lo ilustra el trabajo de [[Eric Chaisson]].<ref>Chaisson, ''Cosmic Evolution'', Harvard, 2001</ref> y David Layzer.<ref>David Layzer, ''Cosmogenesis, The Development of Order in the Universe'', Oxford Univ. Press, 1991</ref>

=== Exponentes críticos y clases de universalidad ===
{{Artículo principal|Exponente crítico|l1=Exponente crítico}}
Las transiciones de fase continua son más fáciles de estudiar que las transiciones de primer orden debido a la ausencia de calor latente, y se ha descubierto que tienen muchas propiedades interesantes. Los fenómenos asociados con las transiciones de fase continuas se denominan fenómenos críticos, debido a su asociación con puntos críticos.

Resulta que las transiciones de fase continuas pueden caracterizarse por parámetros conocidos como [[exponente crítico]]. El más importante es quizás el exponente que describe la divergencia de la longitud de la correlación térmica al aproximarse a la transición. Por ejemplo, examinemos el comportamiento de la capacidad de calor cerca de tal transición. Variamos la temperatura T del sistema mientras mantenemos todas las demás variables termodinámicas fijas, y encontramos que la transición se produce a una temperatura crítica T<sub>c</sub>. Cuando T está cerca de T<sub>c</sub>, la capacidad calorífica C generalmente tiene un comportamiento de [[Ley de potencia|ley potencial]],
 <math>C\alpha  |T_c - T|^ {-\alpha}</math>
La capacidad calorífica de los materiales amorfos tiene tal comportamiento cerca de la temperatura de transición vítrea, donde el exponente crítico universal ''α'' = 0.59 Un comportamiento similar, pero con el exponente ν en lugar de α, se aplica a la longitud de correlación.<ref>{{cite journal|url=http://eprints.whiterose.ac.uk/1958/1/ojovanmi1_Topologically2.pdf|doi=10.1088/0953-8984/18/50/007|bibcode=2006JPCM...1811507O|title=Topologically disordered systems at the glass transition|journal=Journal of Physics: Condensed Matter|volume=18|issue=50|pages=11507–11520|year=2006|last1=Ojovan|first1=Michael I|last2=Lee|first2=William E}}</ref>

El exponente ''ν e''s positivo. Esto es diferente con ''α''. Su valor real depende del tipo de transición de fase que estamos considerando.

Se creía que los exponentes críticos son los mismos por encima y por debajo de la temperatura crítica. Ahora se ha demostrado que esto no es necesariamente cierto: cuando una simetría continua se divide explícitamente en una simetría discreta por anisotropías irrelevantes (en el sentido de grupo de normalización), entonces algunos exponentes (como \gamma, el exponente de la susceptibilidad) no son idénticos.<ref>{{cite journal|last1=Leonard|first1=F.|last2=Delamotte|first2=B.|year=2015|title=Critical exponents can be different on the two sides of a transition|url=|journal=Phys. Rev. Lett.|volume=115|issue=20|page=200601|arxiv=1508.07852|bibcode=2015PhRvL.115t0601L|doi=10.1103/PhysRevLett.115.200601|pmid=26613426}}</ref>

Para −1 <α <0, la capacidad calorífica tiene un "giro" en la temperatura de transición. Este es el comportamiento del helio líquido en la [[transición lambda]] de un estado normal al estado superfluido, para el cual los experimentos han encontrado α = -0.013 ± 0.003. Se realizó al menos un experimento en condiciones de gravedad cero de un satélite en órbita para minimizar las diferencias de presión en la muestra.<ref>{{cite journal|doi=10.1103/PhysRevB.68.174518|title=Specific heat of liquid helium in zero gravity very near the lambda point|year=2003|last1=Lipa|first1=J.|last2=Nissen|first2=J.|last3=Stricker|first3=D.|last4=Swanson|first4=D.|last5=Chui|first5=T.|journal=Physical Review B|volume=68|issue=17|pages=174518|arxiv=cond-mat/0310163|bibcode=2003PhRvB..68q4518L}}</ref> Este valor experimental de α concuerda con las predicciones teóricas basadas en la [[teoría de perturbación variacional]].<ref>{{cite journal|doi=10.1103/PhysRevD.60.085001|title=Critical exponents from seven-loop strong-coupling φ4 theory in three dimensions|year=1999|last1=Kleinert|first1=Hagen|journal=Physical Review D|volume=60|issue=8|pages=085001|arxiv=hep-th/9812197|bibcode=1999PhRvD..60h5001K}}</ref>

Para 0 <α <1, la capacidad calorífica diverge a la temperatura de transición (aunque, como α <1, la entalpía permanece finita). Un ejemplo de tal comportamiento es la transición de fase ferromagnética 3D. En el modelo de Ising tridimensional para imanes uniaxiales, estudios teóricos detallados han dado como resultado el exponente α ∼ +0.110.

Algunos sistemas modelo no obedecen a un comportamiento de ley de poder. Por ejemplo, la teoría del campo medio predice una discontinuidad finita de la capacidad calorífica a la temperatura de transición, y el modelo de Ising bidimensional tiene una divergencia logarítmica. Sin embargo, estos sistemas son casos limitantes y una excepción a la regla. Transiciones de fase reales exhiben comportamiento de ley de potencial.

Se definen varios otros exponentes críticos, β, γ, δ, ν y η, que examinan el comportamiento de la ley de potencial de una cantidad física medible cerca de la transición de fase. Los exponentes están relacionados por relaciones de escala, tales como
 <math>\beta = \gamma / (\delta - 1),  \qquad v= (2-\eta)</math>
Se puede mostrar que solo hay dos exponentes independientes, p. Ej. ν y η.

Es un hecho notable que las transiciones de fase que surgen en diferentes sistemas a menudo poseen el mismo conjunto de exponentes críticos. Este fenómeno se conoce como ''universalidad''. Por ejemplo, se ha encontrado que los exponentes críticos en el punto crítico líquido-gas son independientes de la composición química del fluido.

Más impresionante, pero comprensiblemente desde arriba, son una coincidencia exacta para los exponentes críticos de la transición de fase ferromagnética en imanes uniaxiales. Se dice que tales sistemas están en la misma clase de universalidad. La universalidad es una predicción de la teoría del grupo de renormalización de las transiciones de fase, que establece que las propiedades termodinámicas de un sistema cerca de una transición de fase dependen solo de un pequeño número de características, como la dimensionalidad y la simetría, y son insensibles a las propiedades microscópicas subyacentes del sistema. De nuevo, la divergencia de la longitud de correlación es el punto esencial.

=== Ralentización crítica y otros fenómenos ===
También hay otros fenómenos críticos; Por ejemplo, además de las funciones estáticas también hay una ''dinámica crítica''. Como consecuencia, en una transición de fase se puede observar una desaceleración crítica o una aceleración. Las grandes clases de universalidad estática de una transición de fase continua se dividen en clases de universalidad dinámica más pequeñas. Además de los exponentes críticos, también hay relaciones universales para ciertas funciones estáticas o dinámicas de los campos magnéticos y las diferencias de temperatura del valor crítico

=== Teoría de percolación ===
Otro fenómeno que muestra transiciones de fase y exponentes críticos es la percolación. El ejemplo más simple es quizás la percolación en una red cuadrada bidimensional. Los sitios están ocupados aleatoriamente con probabilidad p. Para valores pequeños de p, los sitios ocupados forman solo pequeños grupos. En un cierto umbral, se forma un clúster gigante y tenemos una transición de fase de segundo orden. El comportamiento de P∞ cercano pc es, P∞~(p-pc)<sup>β</sup>, dónde β es un exponente crítico.

=== Transiciones de fase en sistemas biológicos ===
Las transiciones de fase juegan muchos papeles importantes en los sistemas biológicos. Los ejemplos incluyen la formación de la bicapa lipídica, la [[transición del glóbulo-espira]] en el proceso de plegamiento de la proteína y la fusión del ADN, las transiciones de cristal líquido en el proceso de la [[condensación del ADN]] y la unión cooperativa del ligando al ADN y las proteínas con el carácter de transición de fase.<ref>{{cite journal|doi=10.1080/07391102.2000.10506578|pmid=10798534|title=Long-range interactions between ligands bound to a DNA molecule give rise to adsorption with the character of phase transition of the first kind|year=2000|author=D.Y. Lando and V.B. Teif|journal=J. Biomol. Struct. Dynam.|volume=17|issue=5|pages=903–911}}</ref>

En las'' membranas biológicas'', las transiciones de fase de gel a líquido cristalino desempeñan un papel fundamental en el funcionamiento fisiológico de las biomembranas. En la fase de gel, debido a la baja fluidez de las cadenas de [[lípidos]], las proteínas de la membrana tienen un movimiento restringido y, por lo tanto, están restringidas en su papel fisiológico. Las plantas dependen fundamentalmente de la fotosíntesis de las membranas tilacoides de los cloroplásticos que están expuestas a temperaturas ambientales frías. Las membranas tilacoides retienen la fluidez innata incluso a temperaturas relativamente bajas debido a su alto contenido de ácido linolénico, cadena de 18 carbonos con 3 enlaces dobles. La temperatura de transición de fase cristalina de gel a líquido de las membranas biológicas se puede determinar mediante muchas técnicas que incluyen calorimetría, fluorescencia, resonancia paramagnética de electrones de marcaje por rotación y Resonancia magnética nuclear mediante el registro de las mediciones del parámetro correspondiente en una serie de temperaturas de la muestra. También se ha propuesto un método simple para su determinación a partir de intensidades de línea de 13-C RMN.

Se ha propuesto que algunos sistemas biológicos podrían estar cerca de puntos críticos. Los ejemplos incluyen [[Red neuronal biológica|redes neuronales]] en la salamandra retina, redes de expresión génica de bandadas de aves en [[Drosophila]] y plegamiento de proteínas.<ref>{{cite arXiv|eprint=1407.5946|last1=Tkacik|first1=Gasper|title=Thermodynamics for a network of neurons: Signatures of criticality|last2=Mora|first2=Thierry|last3=Marre|first3=Olivier|last4=Amodei|first4=Dario|last5=Berry II|first5=Michael J.|last6=Bialek|first6=William|class=q-bio.NC|year=2014}}</ref><ref>{{cite journal|last1=Bialek|first1=W|last2=Cavagna|first2=A|last3=Giardina|first3=I|title=Social interactions dominate speed control in poising natural flocks near criticality|journal=PNAS|volume=111|issue=20|pages=7212–7217|year=2014|bibcode=2014PNAS..111.7212B|doi=10.1073/pnas.1324045111|pmid=24785504|pmc=4034227|arxiv=1307.5563}}</ref><ref>{{cite journal|last1=Krotov|first1=D|last2=Dubuis|first2=J O|last3=Gregor|first3=T|last4=Bialek|first4=W|title=Morphogenesis at criticality|journal=PNAS|year=2014|doi=10.1073/pnas.1324186111|pmid=24516161|pmc=3956198|volume=111|issue=10|pages=3683–3688|arxiv=1309.2614|bibcode=2014PNAS..111.3683K}}</ref><ref>{{cite journal|last1=Mora|first1=Thierry|last2=Bialek|first2=William|title=Are biological systems poised at criticality?|journal=Journal of Statistical Physics|volume=144|issue=2|pages=268–302|year=2011|arxiv=1012.2242|doi=10.1007/s10955-011-0229-4|bibcode=2011JSP...144..268M}}</ref> Sin embargo, no está claro si razones alternativas podrían explicar algunos de los fenómenos que apoyan los argumentos de criticidad.<ref>{{cite journal|last1=Schwab|first1=David J|last2=Nemenman|first2=Ilya|last3=Mehta|first3=Pankaj|title=Zipf's law and criticality in multivariate data without fine-tuning|journal=Physical Review Letters|volume=113|issue=6|pages=068102|year=2014|arxiv=1310.0448|bibcode=2014PhRvL.113f8102S|doi=10.1103/PhysRevLett.113.068102|pmid=25148352|pmc=5142845}}</ref> También se ha sugerido que los organismos biológicos comparten dos propiedades clave de las transiciones de fase: el cambio del comportamiento macroscópico y la coherencia de un sistema en un punto crítico.<ref>{{Cite journal|last=Longo|first=G.|last2=Montévil|first2=M.|date=1 de agosto de 2011|title=From physics to biology by extending criticality and symmetry breakings|url=https://www.academia.edu/23155991|journal=Progress in Biophysics and Molecular Biology|series=Systems Biology and Cancer|volume=106|issue=2|pages=340–347|doi=10.1016/j.pbiomolbio.2011.03.005|pmid=21419157|via=|arxiv=1103.1833}}</ref>

En grupos de organismos en estrés (cuando se acercan a transiciones críticas), las correlaciones tienden a aumentar, mientras que al mismo tiempo, las fluctuaciones también aumentan. Este efecto es apoyado por muchos experimentos y observaciones de grupos de personas, ratones, árboles y plantas herbáceas.<ref>{{cite journal|last1=Gorban|first1=A.N.|last2=Smirnova|first2=E.V.|last3=Tyukina|first3=T.A.|title=Correlations, risk and crisis: From physiology to finance|journal=Physica A: Statistical Mechanics and its Applications|date=August 2010|volume=389|issue=16|pages=3193–3217|url=https://www.researchgate.net/publication/222687003|doi=10.1016/j.physa.2010.03.035|arxiv=0905.0129|bibcode=2010PhyA..389.3193G}}</ref>

== Véase también ==

* [[Alotropía]]
* [[Reacciones autocatalíticas y creación de órdenes]]
* [[Crecimiento de cristal]]
* [[Calorimetría diferencial de barrido]]
* [[Transformaciones sin difusión]]
* [[Ecuaciones de Ehrenfest]]
* [[Interferencia (física)]]
* [[Sonda de microscopio de fuerza Kelvin]]
* [[Teoría de Landau]] de transiciones de fase de segundo orden.
* [[Crecimiento de pedestal calentado por láser]]
* [[Lista de estados de la materia]].
* [[Teoría de la percolación]]
* [[Teoría de la filtración continua]]
* [[Película superfluida]]
* [[Transición de fase superradiante]]
* [[Teoría del campo cuántico topológico]]

== Referencias ==
<references responsive="" />

== Lectura adicional ==

* [[Philip Warren Anderson|Anderson]], P.W., ''Ideas Básicas de Físicas de la materia condensada'', Perseus Publicando (1997).
* {{Cita publicación|título=The renormalization group in the theory of critical behavior|apellidos=Fisher|nombre=M.E.|enlaceautor=Michael E. Fisher|publicación=Rev. Mod. Phys.|volumen=46|número=4|páginas=597–616|bibcode=1974RvMP...46..597F|doi=10.1103/revmodphys.46.597|año=1974}}
* Goldenfeld, N., ''Conferencias encima Transiciones de Fase y el Renormalization Grupo'', Perseus Publicando (1992).
* {{Obra citada|título=Chaos, Phase Transitions, Topology Change and Path Integrals|apellidos=Ivancevic, Vladimir G|url=https://books.google.com/books?id=wpsPgHgtxEYC&printsec=frontcover&dq=complex+nonlinearity|fechaacceso=14 de marzo de 2013|editorial=Springer|lugar-publicación=Berlín|lugar=Berlín|apellidos2=Ivancevic, Tijana T|ISBN=978-3-540-79356-4|puntofinal=&nbsp;&nbsp;e-{{ISBN|978-3-540-79357-1}}|year=2008}}
* {{Cita publicación|título=The Renormalization Group and the epsilon-Expansion|apellidos=Kogut|nombre=J.|apellidos2=Wilson|nombre2=K|enlaceautor2=Kenneth G. Wilson|publicación=Phys. Rep.|volumen=12|número=2|páginas=75–199|bibcode=1974PhR....12...75W|doi=10.1016/0370-1573(74)90023-4|año=1974}}
* Krieger, Martin H., ''Constituciones de asunto'' : matemáticamente modelización el más diario de fenómenos físicos, [[University of Chicago Press|Universidad de Prensa de Chicago]], 1996. Contiene una discusión pedagógica detallada de [[Lars Onsager|Onsager]]  solución del 2-D Ising Modelo.
* [[Lev Landáu|Landau]], L.D. Y [[Yevgueni Lifshits|Lifshitz]], E.M., ''Parte de Física Estadística 1'', vol. 5 naturalmente de Física Teórica, Pergamon Prensa, 3.º Ed. (1994).
* [[Hagen Kleinert|Kleinert]], H., ''Gauge Campos en Asunto Condensado'', Vol.{{esd}}I, "[[Supraflüssigkeit|Superfluido]] y [[Vórtice|líneas de Vórtice]]; Campos de Desorden, Transiciones de Fase,", pp.{{esd}}1–742, Mundial Científico (Singapur, 1989); Paperback {{ISBN|9971-5-0210-0}}
{{ISBN|9971-5-0210-0}} 9971-5-0210-0 (legible on-line [http://www.physik.fu-berlin.de/~kleinert/kleiner_reb1/contents1.html physik.fu-berlin.de])
* [[Hagen Kleinert|Kleinert]], H. Y Verena Schulte-Frohlinde, ''Propiedades Críticas de'' φ4-Teorías, Mundiales Científicos (Singapur, 2001); Paperback {{ISBN|981-02-4659-5}}
{{ISBN|981-02-4659-5}} 981-02-4659-5 (''legible on-line'' ''[http://www.physik.fu-berlin.de/~kleinert/b8 aquí]'').
* Mussardo G., "Teoría de Campo Estadístico. Una Introducción a Exactamente Solucionó Modelos de Física Estadística", Oxford Prensa Universitaria, 2010.
* Schroeder, Manfred R., Fractals, caos, leyes de poder : minutos de un paraíso infinito, Nueva York: W. H. Freeman, 1991.  Muy libro bien escrito en "semi-estilo" popular—no un textbook—apuntó en una audiencia con alguna formación en matemáticas y las ciencias físicas.  Explica lo que scaling en transiciones de fase es todos aproximadamente, entre otras cosas.
* Yeomans J. M., ''Mecánica estadística de Transiciones de Fase'', Oxford Prensa Universitaria, 1992.
* H. E. Stanley, ''Introducción para Realizar por etapas Transiciones y Fenómenos Críticos'' (Oxford Prensa Universitaria, Oxford y Nueva York 1971).
* M.R.Khoshbin-e-Khoshnazar, ''Transición de Fase del Hielo como muestra de transición de fase de sistema finita'', (Educación de Física(India)Volumen 32. Núm. 2, Apr - Jun 2016)[http://www.physedu.in/uploads/publication/23/371/4.-Ice-Phase-transition-as-a-sample-of-finite-system-phase--transition.pdf]

== Enlaces externos ==

* [http://www.ibiblio.org/e-notes/Perc/contents.htm Transiciones de Fase interactiva en enrejados] con Java applets
* [https://web.archive.org/web/20160204235430/http://www.sklogwiki.org/SklogWiki/index.php/Universality_classes Clases de universalidad] de Sklogwiki
{{Control de autoridades}}
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