Galio:
El galio sufre una transición de fase única durante la solidificación. Se transforma de una estructura cúbica centrada en las caras (fcc) de alta temperatura a una estructura ortorrómbica de baja temperatura. Este cambio implica una reordenación de los átomos de una manera que da como resultado una disposición más suelta en el estado sólido en comparación con el estado líquido. Este aumento en el espacio atómico hace que el galio se expanda cuando se congela.
Silicio:
El silicio también sufre una transición de fase al congelarse, similar al galio. El silicio líquido de alta temperatura tiene una estructura cúbica de diamante, mientras que la forma sólida adopta una estructura cúbica centrada en las caras (fcc). Este cambio en la disposición atómica crea una estructura sólida menos densa en comparación con el líquido, lo que lleva a la expansión durante la congelación.
Bismuto:
La expansión del bismuto al congelarse se atribuye a un fenómeno llamado "cristalización con cambio de número de coordinación". En estado líquido, los átomos de bismuto están dispuestos de una manera más compacta, formando cada átomo tres enlaces covalentes con los átomos vecinos. Al congelarse, el bismuto pasa a una estructura cristalina romboédrica donde cada átomo forma cinco enlaces covalentes. Este aumento en el número de coordinación requiere más espacio, lo que resulta en la expansión del bismuto a medida que se congela.
Estos comportamientos de expansión anómalos del galio, el silicio y el bismuto tienen implicaciones importantes en diversas aplicaciones. Por ejemplo, la expansión del galio tras la congelación lo hace útil como sellador en aplicaciones de alta temperatura, como válvulas y bombas, donde se requiere un sellado perfecto incluso a altas temperaturas. De manera similar, la expansión del silicio durante la solidificación se utiliza en la industria de los semiconductores para crear modificaciones inducidas por tensión en las propiedades electrónicas de los dispositivos de silicio.
Vale la pena señalar que, si bien el galio, el silicio y el bismuto son ejemplos notables de sustancias que se expanden al congelarse, no son los únicos. Algunos otros elementos y compuestos, como el agua y el antimonio, también presentan este comportamiento inusual. Comprender estas propiedades excepcionales es crucial en diversos campos de la ciencia y la ingeniería, incluidas la ciencia de materiales, la química y la metalurgia.
