خلط الماء والزيت: لا حاجة إلى مواد خافضة للتوتر السطحي – عالم الفيزياء

من المعروف أن الزيت والماء لا يختلطان - على الأقل، ليس بدون إضافة مادة خافضة للتوتر السطحي مثل الصابون لجعلهما مزيجًا مستقرًا. ومع ذلك، فقد قلب الباحثون في فرنسا والولايات المتحدة هذه الحكمة التقليدية رأسًا على عقب من خلال إظهار أنهم يستطيعون في الواقع الخلط دون استخدام مادة خافضة للتوتر السطحي. يمكن أن يكون لهذا الاكتشاف آثار واسعة النطاق على الصناعات التي تستخدم هذه الخلائط بكثافة، بما في ذلك المواد الغذائية ومستحضرات التجميل والصحة والدهانات والتغليف على سبيل المثال لا الحصر.

يُعرف خليط من سائلين غير قابلين للامتزاج مثل الماء والزيت بالمستحلب. عند رج المستحلب بقوة، قد يتناثر أحد السوائل المكونة له إلى قطيرات صغيرة داخل السائل الآخر. ولكن إذا تُرك المستحلب كما هو، فإن مكوناته تنفصل دائمًا مرة أخرى.

الدافع الرئيسي لهذا الانفصال هو أنه عندما تقترب قطرات كل سائل من بعضها البعض، فإنها تتجمع لتشكل قطيرات أكبر حجمًا. ولمنع حدوث ذلك، يمكن إضافة مكون ثالث يكون amphiphilic، مما يعني أن لديه انجذاب للواجهة بين مكوني الخليط. تعتمد المستحلبات الصناعية اليوم على استخدام مثل هذه المواد، والتي تسمى المواد الخافضة للتوتر السطحي. ومع ذلك، فإن العديد من المواد الخافضة للتوتر السطحي سامة لكل من البشر والبيئة. وبالتالي فإن الحد من استخدامها (أو التخلص منها تماما) سيكون مفيدا للغاية.

ظاهرة غير بديهية

في أحدث عمل، باحثون من مختبر المواد الغروية والمواد المقسمة في إسبكي وفي باريس، فرنسا؛ الشركة الفرنسية كالكسيا، والتي تتخصص في تصميم وتصنيع الكبسولات الدقيقة القابلة للتحلل؛ و جامعة هارفارد في الولايات المتحدة تمت دراسة مخاليط مكونة فقط من الماء وأنواع مختلفة من الزيت. وفي هذه الخلائط غير القابلة للامتزاج عادة، لاحظوا ظهور أغشية من الزيت رقيقة للغاية ولكنها مستقرة بشكل غير طبيعي بين قطرات الماء المتفرقة.

"هذه الظاهرة تؤدي بشكل منهجي إلى الالتصاق بين القطرات مع منعها من الاندماج، مما يسمح لنا بتشتيت نسب كبيرة من الماء (80٪ من حيث الحجم أو أكثر) في الزيت"، يوضح ذلك. جيروم بيبيت، الفيزيائي الكيميائي ومدير مختبر ESPCI الذي قاد البحث.

مستقرة على مدى عدة أسابيع

الظاهرة التي تفصيلها علوميعمل بشكل أفضل مع الزيوت شديدة القطبية التي تحتوي على مكونات محبة للماء وكارهة للماء ولها وزن جزيئي مرتفع. وتستبعد هذه المعايير الهيدروكربونات الأليفاتية مثل الميثان والبولي إيثيلين، على سبيل المثال، ولكنها تشمل الزيوت التي تحتوي على ذرات أكسجين وكربون متناوبة - وهي فئة تشمل جميع الزيوت النباتية.

ووجد الباحثون أن هذه الزيوت يمكنها تغيير تكوينها بمجرد حصرها بين قطرتين من الماء عن طريق "اختيار" تحديد موقع أجزائها المحبة للماء بشكل تفضيلي تجاه الماء والأجزاء الكارهة للماء بعيدًا عنه. يقول بيبيت: "إن الفيلم اللاصق الرقيق للغاية الناتج عن تقارب الأجزاء الكارهة للماء يتطور تلقائيًا بمجرد اقتراب الواجهتين". "يكتسب الفيلم بعد ذلك لزوجة هائلة مع تقليل الطاقة الحرة للواجهة - وهو الأمر الذي يتجلى من خلال التصاق قطرات الماء والزيت معًا."

ويضيف أن مثل هذا التبلور التلقائي بين سائلين غير قابلين للامتزاج لم يتم ملاحظته من قبل.

وبما أن معظم الزيوت النباتية يمكن بلمرتها، فإن دمجها مع الماء يمكن أن يسمح للباحثين بصنع مواد بوليمرية قابلة للتحلل بشكل مثالي. بالنسبة لبيبيت، أحد التطبيقات الأكثر وضوحًا التي تتبادر إلى ذهنه هو الكبسولات القابلة للتحلل الحيوي المستخدمة في صناعات مثل مستحضرات التجميل والعطور.

ويقول إن هذه التقنية يمكن أن تسمح أيضًا للباحثين بإنشاء أنواع جديدة من البلاستيك تشتمل على بوليمرات قابلة للتحلل وما يصل إلى 90٪ من الماء من حيث الحجم. عالم الفيزياء. يقول: "يمكن جعل كلا المرحلتين (والتحكم فيهما) متجانستين في جميع أنحاء الخليط بأكمله، مما قد يسمح لنا بإنتاج مادة فريدة من نوعها، ثنائية الاستمرار، ومتعايشة مع الماء وكارهة للماء". "قد يكون لهذا تطبيقات في مجالات متنوعة مثل هندسة الأنسجة، والتعبئة القابلة للتحلل، والمواد اللازمة لاستبدال المواد البلاستيكية بشكل عام."

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/mixing-water-and-oil-no-surfactants-needed/