Este líquido bizarro de mudança de forma dobra as leis da termodinâmica: WebCuriosos

Um recipiente de óleo e água separado por uma pele fina de partículas magnetizadas intrigou uma equipe de engenheiros químicos, assumindo um formato inesperado de 'urna grega' após agitação.

“Eu pensei 'o que é essa coisa?'”, Pós -graduação Anthony Raykh, da Universidade de Massachusetts Amherst recordadodepois de fazer o que todos os estudantes de química gostam de fazer, misturando materiais com propriedades intrigantes apenas para ver o que aconteceria.

“Então, subi e desci os corredores do departamento de ciência e engenharia de polímeros, batendo nas portas dos meus professores, perguntando se eles sabiam o que estava acontecendo”.

Uma análise dos materiais revelou que as interações entre as pequenas contas magnéticas trabalharam ao lado da tensão superficial entre os líquidos imiscíveis, puxando a mistura em direções que a termodinâmica normalmente proibiria se não fosse um toque de magnetismo.

Embora a descoberta não tenha aplicações óbvias, pelo menos atualmente, a forma incomum da mistura e suas respostas a um campo magnético externo podem fornecer a futuros pesquisadores e engenheiros um novo truque para ajustar as propriedades estruturais de suas emulsões.

O petróleo e a água não são os melhores amigos. Você pode combinar e sacudir o quanto quiser – mais cedo ou mais tarde, os dois seguirão caminhos separados e reformarão em camadas distintas, conforme ditado pelo fluxo termodinâmico de energia versus a atração e repulsão de ligações moleculares.

Como qualquer chef mestre em iniciantes sabe, existem maneiras de manter os fluidos solúveis em gordura e solúveis em água misturados um pouco mais. Emulsificantescomo a lecitina na gema de ovo, pode servir como um diplomata químico para ligar os materiais a uma mistura tão satisfatória e consistente quanto seu molho de salada favorito.

Emulsões de Pickering Siga um método de estabilizar misturas inserindo uma pele fina entre as duas fases, quebrando pelo menos um dos fluidos em pequenas bolhas que podem se dispersar de maneira mais consistente através do outro.

Tecnicamente, o molho de salada de laboratório de Raykh seguiu as regras de ser uma emulsão de pickering, contendo água da torneira e um solvente orgânico ligeiramente polar bem como uma pitada de partículas de níquel magnetizadas, aproximadamente 5 a 15 micrômetros e 20 nanômetros em tamanho.

Disperados pela água, as partículas de níquel subiram à superfície para se conectar como uma 'pele' bidimensional logo abaixo da interface do solvente orgânico, assim como um emulsificante de pictagem deve fazer entre um líquido aquoso e o óleo. Dar à mistura um shake deve resultar em uma suspensão dos três materiais tão homogêneos quanto a maionese.

Só que não foi isso que ocorreu. As partículas magnéticas puxadas para uma teia ramificada sob tensão ditadas pela termodinâmica dos líquidos, puxando toda a mistura em uma formação do tipo ampulheta no equilíbrio.

Um olhar sob o microscópio e uma simulação de computador, que modelava as forças envolvidas, forneceu uma imagem clara da complexa mistura de interações magnéticas envolvidas na criação da forma incomum, que impedia a emulsificação ocorrendo. Usando um ímã, os pesquisadores podem deformar o limite e modificar a forma da urna.

“Quando você olha de perto as nanopartículas individuais de níquel magnetizado que formam o limite entre a água e o óleo, você pode obter informações extremamente detalhadas sobre como diferentes formas se reúnem”. diz Cientista do Polímero David Hoagland.

“Nesse caso, as partículas são magnetizadas fortemente o suficiente para que sua assembléia interfira no processo de emulsificação, que as leis da termodinâmica descrevem”.

Esta pesquisa foi publicada em Nature Physics.