Phillip Hopkins
0 
3569
155
O singură picătură de solvent se învârte ca un dansator minuscul deasupra unui pahar de apă, aruncând treptat bucăți rotunde de la sine, până nu mai rămâne nimic. Unii care au văzut-o au crezut că arăta ca o galaxie învârtită sau cu cel mai mic uragan din lume. Toți cei care l-au văzut s-au întrebat ce naștere se întâmplă - iar asta include cercetătorii care au condus experimentul în 2011.
Scăderea magică de stele solvent într-un GIF numit „O picătură de diclorometan pe apa care curge din existență pe măsură ce se evaporă”, a publicat joi (11 ianuarie) pe forumul Reddit r / chemicalreactiongifs. În ciuda faimei sale noi (peste 20 de mii de note în primele 24 de ore), GIF-ul a provenit dintr-o lucrare din 2011 publicată în revista germană de chimie Angewandte Chemie.
Teza de hârtie a fost simplă: când eliberați o picătură de solvent diclorometan (DCM) într-un pahar cu apă cu săpun, se pare foarte grozav. [Album: Fotografii câștigătoare a premiilor făcute printr-un microscop]
“Acesta este un experiment foarte ușor și un fenomen foarte complicat,” a declarat Oliver Steinbock, un profesor de chimie la Florida State University și autorul principal la studiu. „Am fost foarte surprinși de asta - și încă suntem.”
Pentru a stabili experimentul, Steinbock și colegii de cercetători au umplut mai multe pahare cu diferite concentrații de apă și un dezinfectant comun de laborator numit CTAB. Folosind o pipetă, au adăugat o singură picătură de DCM - un lichid incolor folosit uneori ca degresant - pentru fiecare pahar și au filmat rezultatele. Fiecare proces a durat aproximativ 20-30 de secunde în total și a fost vizibil cu ochiul liber.
Deci, ce se întâmplă aici?
Fiecare picătură de DCM, care are un punct de fierbere relativ scăzut, a început să se evapore imediat ce a părăsit pipeta. Surprizele au început însă când picăturile au atins soluția de apă cu săpun.
"DCM are o densitate mai mare decât apa, așa că te-ai aștepta să se scufunde imediat", a spus Steinbock. „În schimb, de îndată ce atinge apa, o parte din ea se răspândește și creează acest tip de film care ține picătura pe suprafața apei ... este ca o barcă care ține picătura la linie.” (Deși filmul DCM nu este vizibil în GIF-ul viral de mai sus, îl puteți vedea clar în alte câteva videoclipuri ale experimentului pe care Steinbock l-a postat pe YouTube.)
În ciuda acestui film asemănător cu barca, o mică parte din picătură începe să se scufunde. Nu este vizibil din punctul de vedere al top-down al acestui GIF; cu toate acestea, sub picătură se formează un jet minuscul de bule care se încadrează odată ce atinge apa. Jetul DCM care scade încet reduce volumul picăturii, dar îl determină să se învârtă. "Este cam ca atunci când arunci o toaletă", a spus Steinbock. "Apa are tendința de a începe să se rotească și să se răsucească. Și asta declanșează rotația picăturii pe care începem să o vedem."
În câteva secunde, picătura plutește simultan, se rotește și se evaporă. Ca urmare a acestor forțe combinate, picăturile mai mici încep în cele din urmă să se decupeze de la marginea picăturii mai mari. Dar în loc să se scufunde singuri, ei filmează radial, mișcându-se drept înainte pe suprafața filmului până când ei înșiși se evaporă.
„Aceste picături sunt autopropulsate”, a spus Steinbock. Acest lucru se datorează unui fenomen numit efect Marangoni, care afirmă că un lichid cu o tensiune de suprafață ridicată va trage mai puternic decât un lichid cu o tensiune superficială scăzută. Această diferență de tensiune creează o forță asupra sistemului care poate duce la mișcare.
Pe măsură ce DCM în experiment începe să se evapore, tensiunea de suprafață a picăturii scade din exterior. Picături mai mici încep să se formeze la marginea picăturii mari, până când tensiunea de suprafață relativ ridicată a apei din jur scoate picăturile mici în ceea ce Steinbock numește o traiectorie „balistică”. Fiecare picătură individuală se mișcă drept înainte până când tensiunea sa la suprafață devine la fel de instabilă, ceea ce duce la o fragmentare suplimentară. În cele din urmă, picăturile se împart de atâtea ori încât nu mai pot fi văzute. (O lucrare din 2017 în Physical Review Letters explică fenomenul în continuare.)
Aceste și alte forțe continuă să se învârtă și să micșoreze picăturile mari de DCM până când, dintr-o dată, își pierde simetria și se spulbește nebunește în evaporarea totală. De ce sistemul trece brusc de la o stare de simetrie aparentă la haosul entropic total declanșează chiar Steinbock și colegii săi cercetători. Pe parcursul a jumătate de duzină de experimente, nu au putut să creeze modelele exacte văzute în acest GIF. "Am fost un pic descurajat să înțeleg cât de complicat este cu adevărat", a spus Steinbock.
Oricât de complicată, această mică picătură de solvent a vorbit totuși despre ceva intrinsec și pur la mulți care l-au văzut. Așa cum a spus MurderSlinky, utilizatorul Reddit: „Niciodată nu am legat atât de mult cu un gif, cât am avut acest mic și nesemnificativ punct de lichid care se învârte fără rost într-o mare nesfârșită, indiferentă, în timp ce devin încet-încet nimic."