De líquid a sòlid, gràcies a un camp elèctric

Posted on 15/10/2011 per

1


Image

Tot mirant d’estar al dia sobre la influència de camps elèctrics en l’estructura i reactivitat molecular, he vist una nota de premsa de Georgia Tech de títol Physicists turn liquid into solid using an electric field, corresponent a un article que serà publicat al Journal of Physical Chemistry C. Senzillament, sense modificar ni pressió ni temperatura, només l’aplicació d’un camp elèctric intens fa que petites gotes de líquid adptin una estructura cristal.lina que les caracteritza com a sòlid.

We show that with a strong electric field, you can induce a phase transition without altering the thermodynamic parameters

Curiosament, es tracta d’un efecte descrit fa gairebé 50 anys, sobre l’efecte dels llamps sobre les gotes d’aigua: passen de ser esfèriques a tenir forma d’agulla:

explore a phenomenon described by Sir Geoffrey Ingram Taylor in 1964 in the course of his study of the effect of lightning on raindrops, expressed as changes in the shape of liquid drops when passing through an electric field. While liquid drops under field-free conditions are spherical, they alter their shape in response to an applied electric field to become needle-like liquid drops.

En aquest estudi, s’han fet servir nanogotes de formamida de 10 nm de diàmetre (la formamida és el doble de polar que l’aigua). S’ha vist que quan el camp aplicat és de 0.5 V/nm (un camp molt gran, equivalent a una diferència de potencial de 500 kV en dues plaques separades per un sol mil.límetre!) es forma una gota en forma d’agulla.

Un cop la força del camp aplicat és de 1,5 V/nm, hi ha un canvi de fase, i deixa d’haver-hi fenòmens de difusió, característics de l’estat líquid, per haver-hi una estructura semblant a la cristal.lina, encara que diferent de l’estructura de la formamida tal com es mostra per Raigs X:

When the field strength in the simulations was ramped up even further, reaching a value close to 1.5V/nm, the liquid needle underwent a solidification phase transition, exhibited by freezing of the diffusional motion, and culminating in the formation of a formamide single crystal characterized by a structure that differs from that of the x-ray crystallographic one determined years ago under zero-field conditions

Un cop s’anul.la el camp elèctric, la gota reverteix a l’estat líquid, amb una mica d’histèresis (la transició de sòlid a líquid no té lloc al mateix punt que la de líquid a sòlid).

És interessant que l’equip de Georgia Tech ha dut a terme simulacions per caracteritzar aquests canvis, i que ha pogut entendre prou bé el mecanisme que els regula:

Along with the large-scale atomistic computer simulations, researchers formulated and evaluated an analytical free-energy model, which describes the balance between the polarization, interfacial tension and dielectric saturation contributions. This model was shown to yield results in agreement with the computer simulation experiments, thus providing a theoretical framework for understanding the response of dielectric droplets to applied fields.

En definitiva, les molècules que tenen moment dipolar alt poden ser orientades per un camp elèctiric extern. Si estan en fase gasosa, la forma con roten i vibren canvia. Si estan en fase líquida, es reorienten i, si la força del camp és prou gran, passen a ordenar-se de forma similar a un sòlid. Un avenç més en ciència de materials, és a dir, en química (química física).

Aquest avenç ha estat comentat també pel blog physorg.com amb la imatge que acompanya aquest post.

Com a punt interessant, després de llegir els comentaris de physorg.com, cal veure com s’ha fet per aplicar aquest camp des d’un punt de vista pràctic.

About these ads
Posted in: Notícies