El estado vítreo es amorfo, caracterizado por la rápida ordenación de las
moléculas para obtener posiciones definidas.
Tradicionalmente se ha considerado que la materia podía presentarse bajo tres
formas: la sólida, la líquida y la gaseosa. Nuevos medios de investigación de su
estructura íntima -particularmente durante el siglo XX- han puesto al descubierto
otras formas o estados en los que la materia puede presentarse. Por ejemplo el
estado mesomorfo (una forma líquida con sus fases emécticas, nemáticas y
colestéricas), el estado de plasma (o estado plasmático, propio de gases ionizados
a muy altas temperaturas) o el estado vítreo, entre otros.
Los cuerpos en estado vítreo se caracterizan por presentar un aspecto sólido con
cierta dureza y rigidez y que ante esfuerzos externos moderados se deforman de
manera generalmente elástica. Sin embargo, al igual que los líquidos, estos cuerpos
son ópticamente isótropos, transparentes a la mayor parte del espectro electromagnético
de radiación visible. Cuando se estudia su estructura interna a través de medios como
la difracción de rayos X, da lugar a bandas de difracción difusas similares a las de los
líquidos. Si se calientan, su viscosidad va disminuyendo paulatinamente –como la mayor
parte de los líquidos- hasta alcanzar valores que permiten su deformación bajo la acción
de la gravedad, y por ejemplo tomar la forma del recipiente que los contiene como verdaderos
líquidos. No obstante, no presentan un punto claramente marcado de transición entre el
estado sólido y el líquido o "punto de fusión".
Todas estas propiedades han llevado a algunos investigadores a definir el estado vítreo no
como un estado de la materia distinto, sino simplemente como el de un líquido subenfriado
o líquido con una viscosidad tan alta que le confiere aspecto de sólido, sin serlo. Esta
hipótesis implica la consideración del estado vítreo como un estado metastable al que
una energía de activación suficiente de sus partículas debería conducir a su estado de
equilibrio, es decir, el de sólido cristalino.
Figura 1: Cristal organizado de SiO2
En apoyo de esta hipótesis se aduce el hecho experimental de que, calentado un cuerpo en estado vítreo hasta obtener un comportamiento claramente líquido (a una temperatura suficientemente elevada para que su viscosidad sea inferior a los 500 poises, por ejemplo), si se enfría lenta y cuidadosamente, aportándole a la vez la energía de activación necesaria para la formación de los primeros corpúsculos sólidos (siembra de microcristales, presencia de superficies activadoras, catalizadores de nucleación, etc.) suele solidificarse dando lugar a la formación de conjuntos de verdaderos cristales sólidos.
Todo parece indicar que los cuerpos en estado vítreo no presentan una ordenación interna determinada, como ocurre con los sólidos cristalinos. Sin embargo en muchos casos se observa un desorden ordenado, es decir, la presencia de grupos ordenados que se distribuyen en el espacio de manera total o parcialmente aleatoria.
Esto ha conducido a diferentes investigadores a plantear diversas teorías sobre
la estructura interna del estado vítreo, tanto de tipo geométrico, basadas tanto
en las teorías atómicas como en las de tipo energético.
Figura 2: SiO2 en estado vítreo
Según la teoría atómica geométrica, en la sílice sólida cristalizada el átomo de silicio se halla rodeado de cuatro átomos de oxígeno situados en los vértices de un tetraedro cada uno de los cuales le une a los átomos de silicio vecinos. Una vista en planta de este ordenamiento se esquematiza en la figura 1, en la que el cuarto oxígeno estaría encima del plano de la página. Cuando esta sílice pasa al estado vítreo, la ordenación tetraédrica se sigue manteniendo a nivel individual de cada átomo de silicio, aunque los enlaces entre átomos de oxígeno y silicio se realizan en un aparente desorden, que sin embargo mantiene una organización unitaria inicial (véase la figura 2).
No obstante, ninguna de estas teorías es suficiente para explicar el comportamiento completo de los cuerpos vítreos aunque pueden servir para responder, en casos concretos y bien determinados, a algunas de las preguntas que se plantean.
Las sustancias susceptibles de presentar un estado vítreo pueden ser tanto de naturaleza
inorgánica como orgánica, entre otras:
