Una mezcla coloidal binaria puede existir en hasta seis fases al mismo tiempo, según un nuevo trabajo teórico realizado por investigadores de los Países Bajos y Francia. El resultado, obtenido usando un modelo algebraico simple, tiene aplicaciones para predecir la estabilidad de fase de materiales coloidales comunes como pintura y mayonesa.
Hasta hace poco, los científicos pensaban que las mezclas de polímeros coloidales solo podían existir en tres fases simultáneas, similar al conocido "punto triple" en el que el agua es un gas, un líquido y un sólido. En 2020, sin embargo, miembros de este mismo grupo Países Bajos-Francia, encabezado por Remco Tuinier y Joeri Opdam de la Universidad Tecnológica de Eindhoven, mostró que tales mezclas podrían, de hecho, existen en cinco fases diferentes En seguida. Esta el resultado desafió la regla de fase de Gibbs de 150 años, y los investigadores lo obtuvieron simulando el comportamiento de una mezcla coloidal con dos componentes, varillas y polímeros, dispersos en un solvente de fondo.
En sus cálculos, representaron las varillas como "esferocilindros" duros y los polímeros como esferas que se superponen libremente entre sí. Descubrieron que en este sistema, bajo condiciones específicas, aparece un “punto quíntuple” en el que las posibles fases son una fase gaseosa isotrópica con varillas desalineadas en la parte superior; una fase de cristal líquido nemático con varillas que apuntan aproximadamente en la misma dirección; una fase de cristal líquido esméctico con varillas dispuestas en diferentes capas; y dos fases sólidas con cristales "ordinarios" en la parte inferior.
Una amplia gama de posibles multifases coexistentes
El mismo equipo ha desarrollado ahora una forma general de predecir diagramas de fase para mezclas complejas que contienen dos tipos de partículas duras. Hicieron esto utilizando una extensión de su técnica anterior que tiene en cuenta no solo mezclas binarias de varillas y polímeros, sino también mezclas binarias de, por ejemplo, varillas y plaquetas (discos), o mezclas de esferas y varillas. El equipo también consideró la orientación y las posiciones de cada componente en la mezcla.
Como antes, Tuinier, Opdam y sus colegas encontraron una amplia gama de posibles multifases coexistentes, incluidas dos regiones de coexistencia de fase quíntuple para mezclas de barra/esfera e incluso una región de coexistencia de fase séxtuple para mezclas de barra/placa.
Esta profusión de fases es posible por la forma de las partículas (particularmente por su longitud y diámetro), dicen. Además de las variables conocidas de temperatura y presión, existen tres parámetros adicionales: para ambas partículas, la longitud en relación a su diámetro; y el diámetro de un tipo de partícula en relación con el diámetro de las otras partículas en la solución. Gracias a estos tres parámetros, pueden ser posibles tres fases coexistentes adicionales con respecto a las predicciones de la regla de fase de Gibbs.
Aplicaciones en la fabricación
Tuinier señala que ser capaz de predecir diagramas de fase es importante en varias áreas de la ciencia y la ingeniería, donde ayuda a saber cuándo los sistemas serán estables, si se produce una separación y qué tipo de estados de fase se espera que se formen. Según los investigadores, que informan de su trabajo en J. física química Letón., los hallazgos podrían ayudar a avanzar en nuestra comprensión de las transiciones de fase en dichos sistemas y predecir con mayor precisión cuándo ocurrirán, conocimiento que podría resultar útil al fabricar mezclas coloidales complejas como mayonesa o pintura.
El material del 'punto quíntuple' desafía la regla de la termodinámica de 150 años
"Queríamos predecir mejor la estabilidad de fase de tales sistemas", dice Tuinier. Mundo de la física. "Si bien nuestro nuevo trabajo aún se enfoca en la dispersión de partículas duras de diferentes formas, esperamos ampliar este trabajo para incluir también materiales como polímeros para aplicaciones prácticas".
Agrega que mezclar coloides con diferentes tamaños y formas y emplear transiciones de fase puede allanar el camino hacia la creación de materiales novedosos con propiedades ópticas o mecánicas a medida para aplicaciones como dispositivos ópticos de conmutación rápida o músculos biomiméticos. Los cristales líquidos en las pantallas, los materiales fotovoltaicos y de almacenamiento de energía también podrían beneficiarse, al igual que los nuevos tipos de baterías y celdas de combustible.
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- Fuente: https://physicsworld.com/a/colloidal-mixture-exists-in-up-to-six-phases-at-once/
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