Otkriće u laboratoriju: Tekućina s oblikom urne koja prkosi zakonima termodinamike
U zanimljivom eksperimentu, student ispitivanja fluidi i magnetskih materijala u laboratoriju možda je slučajno otkrio “iznimku” od zakona termodinamike, prema autorima novog istraživanja temeljenog na njegovom radu. Rezultat je neobična “tekućina koja obnavlja oblik”, koja se formira u obliku grčke urne bez obzira na to koliko je potresate.
Kako se tekućine ponašaju?
Određene tekućine jednostavno ne žele surađivati; klasičan primjer su ulje i voda. Kada pokušate pomiješati ova dva fluida, manje gusto ulje uvijek će plutati na vrhu. Razlog leži u vezama unutar ovih tekućina. U vodi (H2O), kisik ima djelomični negativni naboj, dok je vodikov kraj djelomično pozitivan, što rezultira slabim privlačenjem između molekula. Nasuprot tome, ulja nemaju te nabojne polarnosti, pa nisu privučena vodi i ne žele se miješati. Da bi se to postiglo, potrebno je koristiti surfaktant.
- Surfaktanti omogućuju miješanje ulja i vode pomoću molekula deterdženta.
- Molekuli deterdženta okružuju kapljice ulja i omogućuju njihov prijenos u vodu.
- U majonezi, na primjer, surfaktant je lecitin iz žumanjka jajeta.
Zanimljiva otkrića studenta Anthonyja Raykha
Student diplomskog studija, Anthony Raykh, igrao se s različitim tekućinama koje se ne miješaju. Odlučio je koristiti magnetizirane čestice nikla “jer možete stvoriti razne zanimljive materijale s korisnim svojstvima kada fluid sadrži magnetske čestice.” Tijekom eksperimenta, uzbuđeno je mućkao tekućine i, iznenada, smjesa je formirala prekrasan, savršeni oblik urne.
Bez obzira koliko je Raykh snažno mućkao, tekućine su se uvijek vraćale u taj neobični oblik. “Pitao sam se: ‘Što je ovo?’ I krenuo sam kucati na vrata svojih profesora, tražeći objašnjenje,” objasnio je Raykh. Iako nitko od profesora nije imao odgovor, dvojica su pokazala interes i kontaktirali kolege s Tufts i Syracuse sveučilišta kako bi stvorili simulacije.
Što ovo otkriće znači za znanost?
Ono što čini ovo otkriće fascinantnim jest to da bi surfaktant trebao omogućiti miješanje dviju tekućina, prema zakonima termodinamike. Umjesto da se miješa, tekućina je zadržala oblik poput pješčanog sata, što predstavlja njezinu energetsku stabilnost. Tim istraživača otkrio je da magnetizirani nikl zapravo povećava napetost između dviju tekućina, umjesto da je smanjuje, što objašnjava neobičan oblik smjese.
“Kada se pažljivo pogleda struktura pojedinačnih čestica nikla koje formiraju granicu između vode i ulja, može se dobiti vrlo detaljna informacija o načinu na koji se različiti oblici sklapaju,” objasnio je David Hoagland, profesor znanosti o polymerima na UMass Amherst. U ovom slučaju, čestice su dovoljno magnetizirane da ometaju proces emulgacije, što zakonodavstvo termodinamike objašnjava.
Potencijalne primjene budućnosti
Premda otkriće trenutno nema praktične primjene, Raykh se nada da će se ova nikad prije viđena stanja dalje istraživati u okviru fizike mekih materijala. Istraživanje je objavljeno u časopisu Nature Physics, otvarajući vrata raznim budućim istraživanjima.
Zaključak
Ovo zanimljivo otkriće pokazuje fascinantnu prirodu fluidnih interakcija i potencijal novih materijala koji prkose našim trenutnim znanjima o termodinamici. Razumijevanje ovih fenomena može donijeti nova saznanja i inovacije koje bi mogle promijeniti način na koji percipiramo tekućine i njihove interakcije.
