Uma mistura coloidal binária pode existir em até seis fases ao mesmo tempo, de acordo com um novo trabalho teórico de pesquisadores da Holanda e da França. O resultado, obtido por meio de um modelo algébrico simples, tem aplicações para prever a estabilidade de fase de materiais coloidais comuns, como tinta e maionese.
Até recentemente, os cientistas pensavam que as misturas de polímeros coloidais só poderiam existir em três fases simultâneas – semelhante ao conhecido “ponto triplo” em que a água é um gás, um líquido e um sólido. Em 2020, porém, integrantes desse mesmo grupo Holanda-França, liderado por Remco Tuinier e Joeri Opdam do Universidade de Tecnologia de Eindhoven, mostraram que tais misturas poderiam, de fato, existem em cinco fases diferentes de uma vez só. Esse resultado desafiou a regra da fase de Gibbs de 150 anos, e os pesquisadores o obtiveram simulando o comportamento de uma mistura coloidal com dois componentes – bastões e polímeros – dispersos em um solvente de fundo.
Em seus cálculos, eles representaram as hastes como “esferocilindros” duros e os polímeros como esferas que se sobrepõem livremente umas às outras. Eles descobriram que nesse sistema, sob condições específicas, aparece um “ponto quíntuplo” no qual as fases possíveis são uma fase gasosa isotrópica com hastes desalinhadas no topo; uma fase de cristal líquido nemática com hastes apontando aproximadamente na mesma direção; uma fase de cristal líquido esmético com hastes dispostas em diferentes camadas; e duas fases sólidas com cristais “comuns” na parte inferior.
Uma ampla gama de possíveis multifases coexistentes
A mesma equipe desenvolveu agora uma maneira geral de prever diagramas de fase para misturas complexas contendo dois tipos de partículas duras. Eles fizeram isso usando uma extensão de sua técnica anterior que leva em conta não apenas misturas binárias de bastonetes e polímeros, mas também misturas binárias de, por exemplo, bastonetes e plaquetas (discos), ou misturas de esferas e bastonetes. A equipe também considerou a orientação e as posições de cada componente da mistura.
Como antes, Tuinier, Opdam e seus colegas encontraram uma ampla gama de possíveis multifases coexistentes, incluindo duas regiões de coexistência de fase quíntupla para misturas de haste/esfera e até mesmo uma região de coexistência de fase sêxtupla para misturas de haste/placa.
Essa profusão de fases é possível devido ao formato das partículas (principalmente seu comprimento e diâmetro), dizem eles. Além das conhecidas variáveis de temperatura e pressão, existem três parâmetros adicionais: para ambas as partículas, o comprimento em relação ao seu diâmetro; e o diâmetro de um tipo de partícula em relação ao diâmetro das outras partículas na solução. Graças a esses três parâmetros, três fases coexistentes adicionais podem ser possíveis com relação às previsões da regra de fase de Gibbs.
Aplicações na fabricação
Tuinier observa que ser capaz de prever diagramas de fase é importante em várias áreas da ciência e da engenharia, onde ajuda a saber quando os sistemas serão estáveis, se ocorre desmixagem e que tipos de estados de fase se espera que se formem. Segundo os pesquisadores, que relatam seus trabalhos em J. Física Chem. Deixe, as descobertas podem ajudar a avançar nossa compreensão das transições de fase em tais sistemas e prever com mais precisão quando elas ocorrerão - conhecimento que pode ser útil na fabricação de misturas coloidais complexas, como maionese ou tinta.
Material de 'ponto quíntuplo' desafia regra termodinâmica de 150 anos
“Queríamos prever melhor a estabilidade de fase de tais sistemas”, diz Tuinier Mundo da física. “Embora nosso novo trabalho ainda se concentre na dispersão de partículas duras de diferentes formas, esperamos estender esse trabalho para incluir também materiais como polímeros para aplicações práticas”.
Ele acrescenta que misturar colóides com tamanhos e formas diferentes e empregar transições de fase pode abrir caminho para a criação de novos materiais com propriedades ópticas ou mecânicas sob medida para aplicações como dispositivos ópticos de comutação rápida ou músculos biomiméticos. Cristais líquidos em telas, materiais fotovoltaicos e de armazenamento de energia também poderiam se beneficiar, assim como novos tipos de baterias e células de combustível.
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- Fonte: https://physicsworld.com/a/colloidal-mixture-exists-in-up-to-six-phases-at-once/
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