Şekil Değiştiren Bu Tuhaf Sıvı Termodinamik Yasalarını Altüst Ediyor

Massachusetts Amherst Üniversitesi'nden yüksek lisans öğrencisi Anthony Raykh, tüm kimya öğrencilerinin yapmayı sevdiği şeyi yaptıktan sonra, sadece ne olacağını görmek için ilgi çekici özelliklere sahip malzemeleri karıştırdıktan sonra “Bu şey nedir diye düşündüm” diye anlattı.

“Bu yüzden Polimer Bilimi ve Mühendisliği Bölümü'nün koridorlarında bir aşağı bir yukarı yürüdüm, hocalarımın kapılarını çaldım ve onlara neler olup bittiğini bilip bilmediklerini sordum.”

Malzemelerin analizi, küçük manyetik boncuklar arasındaki etkileşimlerin, karışmayan sıvılar arasındaki yüzey gerilimiyle birlikte çalıştığını ve karışımı, manyetizma dokunuşu olmasa termodinamiğin normalde yasaklayacağı yönlere çektiğini ortaya çıkardı.

Keşfin en azından şu anda belirgin bir uygulaması olmasa da, karışımın alışılmadık şekli ve harici bir manyetik alana verdiği tepkiler, gelecekteki araştırmacılara ve mühendislere emülsiyonlarının yapısal özelliklerini ayarlamak için yeni bir numara sağlayabilir.

Yağ ve su iyi arkadaş değildir. İstediğiniz kadar birleştirip çalkalayın, er ya da geç ikisi kendi yollarına gidecek ve termodinamik enerji akışı ile moleküler bağların çekimi ve itimi tarafından belirlendiği gibi farklı katmanlara dönüşecektir.

Her usta şefin bildiği gibi, yağda çözünen ve suda çözünen sıvıları biraz daha uzun süre karışmış halde tutmanın yolları vardır. Yumurta sarısındaki lesitin gibi emülgatörler, malzemeleri en sevdiğiniz salata sosu gibi tatmin edici derecede pürüzsüz ve tutarlı bir karışıma bağlamak için kimyasal bir diplomat görevi görebilir.

Pickering emülsiyonları, iki faz arasına ince bir kabuk yerleştirerek, sıvılardan en az birini diğerinde daha tutarlı bir şekilde dağılabilen küçük kabarcıklara ayırarak karışımları stabilize etme yöntemini izler.

Teknik olarak Raykh'in laboratuvar salata sosu, musluk suyu ve hafif polar bir organik çözücünün yanı sıra kabaca 5 ila 15 mikrometre ve 20 nanometre boyutlarında bir miktar manyetize nikel parçacığı içeren bir Pickering emülsiyonu olma kurallarına uyuyordu.

Suyun içinde dağılan nikel parçacıkları, organik çözücünün ara yüzeyinin hemen altında iki boyutlu bir ‘deri’ olarak bağlanmak üzere yüzeye yükseldi, tıpkı bir Pickering emülgatörünün sulu bir sıvı ile yağ arasında yapması gerektiği gibi. Karışımı çalkaladığınızda üç malzemenin mayonez kadar homojen bir süspansiyon oluşturması gerekir.

Ancak böyle bir şey olmadı. Manyetik parçacıklar, sıvıların termodinamiği tarafından dikte edilen gerilim altında dallanan bir ağa çekildi ve tüm karışımı dengede orantısız kum saati benzeri bir oluşuma sürükledi.

Mikroskop altında bir bakış ve ilgili kuvvetleri modelleyen bir bilgisayar simülasyonu, emülsifikasyonun meydana gelmesini engelleyen olağandışı şeklin oluşturulmasında yer alan karmaşık manyetik etkileşimlerin net bir resmini sağladı. Araştırmacılar bir mıknatıs kullanarak sınırı deforme edebildi ve çömlek şeklini değiştirebildi.

Polimer bilimci David Hoagland, “Su ve yağ arasındaki sınırı oluşturan mıknatıslanmış nikelin tek tek nanoparçacıklarına çok yakından baktığınızda, farklı formların nasıl bir araya geldiği hakkında son derece ayrıntılı bilgi edinebilirsiniz” diyor.

“Bu durumda, parçacıklar, bir araya gelmelerinin termodinamik yasalarının tanımladığı emülsifikasyon sürecine müdahale etmesine yetecek kadar güçlü bir şekilde mıknatıslanmıştır.”

Bu yazı SCIENCEALERT’ de yayınlanmıştır.