Orden y desorden

Hoy voy a escribir sobre un tema concreto de física: los sistemas ordenados y los sistemas desordenados. No habrá casi nada de detalle, simplemente intentaré que las ideas básicas que comente queden más o menos claras. Los conceptos de orden y desorden son los que mandan, por lo que hay que tenerlos bien claros.

¿Cuándo podemos decir que un sistema está ordenado? En general responderíamos que algo está ordenado cuando cada cosa está en su sitio. En física la respuesta es bastante diferente. Un sistema está ordenado cuando está formado por estructuras que se repiten a lo largo de todo el espacio. Por ejemplo, en la siguiente imagen podemos ver que en la primera figura el sistema está ordenado y en la segunda, desordenado. Este dibujo podría representar una aleación formada por dos metales (representados por el color negro y el blanco).

                             

Un cristal por definición es un sólido que posee una estructura cristalina, es decir, estructura ordenada.  Un par de ejemplos de cristales son el hierro (metal) y el cuarzo (dióxido de silicio o sílice).

Ya tenemos una idea de lo que significa el orden. Ahora bien, ¿cuándo hablamos de desorden? Muy sencillo: Cuando no hay orden. Aunque parezca algo trivial, no lo es, ya que no hay una definición más correcta del desorden que esa. La forma más sencilla de describir un sistema que no está ordenado es ver qué condiciones se han de cumplir para que esté ordenado e ir ‘relajando’ dichas condiciones hasta acabar con un sistema que no las cumpla.

Si pensamos en un gas, por ejemplo, donde cada molécula está ‘donde le da la gana’ no estaremos hablando de un sistema ordenado, se trata de un sistema desordenado pero no completamente desordenado. ¿Por qué? Precisamente porque no están donde quieren, ya que hay zonas no permitidas. Esto se debe a que cada molécula o átomo tiene un volumen y dos moléculas no pueden ocupar la misma posición, ya que no pueden traspasarse. Por tanto, aunque parezca un detalle sin importancia, el hecho de que las partículas tengan volumen es una característica que no permite que haya un desorden absoluto en un gas.

Es por cosas como esta que resulta muchísimo más sencillo caracterizar el orden que el desorden, ya que para el primer concepto tenemos una definición bastante clara.

Por último comentaré dos materiales importantes en este tema (además del cristal): el vidrio y el cristal líquido.

El vidrio, que está compuesto entre otras cosas por dióxido de silicio no es un sistema con estructura ordenada, por lo que no debemos confundirlo con el cristal a la hora de referirnos a uno o a otro.

En cuanto a la apariencia no se si se puede distinguir una copa de cristal y una de vidrio a simple vista. Si alguien lo sabe me gustaría que me lo explicase. Esto es bastante importante en lo relacionado con el reciclaje ya que el vidrio no se funde a la misma temperatura que el cristal. De todas formas, si no me equivoco el vidrio es bastante más barato que el cristal, así que supongo que los vasos, copas y demás recipientes de este estilo que tengamos en casa serán de vidrio y no de cristal.

Por último tenemos el cristal líquido. Este material tampoco presenta estructura ordenada. Se trata de moléculas (cuya forma es alargada) que se encuentran en fases intermedias (mesofases) entre la fase cristalina (sólida) y la fase líquida. Exinten diferentes fases de cristal líquido en las cuales hay más o menos desorden entre las moléculas, y cada fase puede ser útil para una aplicación distinta (una de las aplicaciones más conocidas es la fabricación de pantallas de cristal líquido). A continuación podemos ver una imagen que muestra la organización de las moléculas en las fases: cristal, cristal líquido y líquido.

                           Organización de las moléculas

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