Mešanje vode in olja: površinsko aktivne snovi niso potrebne – Svet fizike

Znano je, da se olje in voda ne mešata – vsaj ne brez dodajanja površinsko aktivne snovi, kot je milo, ki ju pripravi v stabilno kombinacijo. Zdaj pa so raziskovalci v Franciji in ZDA to konvencionalno modrost obrnili na glavo in dokazali, da lahko dejansko mešajo brez površinsko aktivne snovi. Ugotovitev bi lahko imela obsežne posledice za industrije, ki močno uporabljajo takšne mešanice, vključno s hrano, kozmetiko, zdravjem, barvami in embalažo, če naštejemo le nekatere.

Mešanica dveh nemešljivih tekočin, kot sta voda in olje, je znana kot emulzija. Ko emulzijo močno pretresemo, se lahko ena od njenih sestavnih tekočin razprši v majhne kapljice v drugi. Toda če emulzijo pustimo stati, se njene komponente vedno znova ločijo.

Glavni dejavnik tega ločevanja je, da ko se kapljice vsake tekočine približujejo druga drugi, se združijo v vedno večje kapljice. Da bi to preprečili, se lahko doda tretja komponenta, ki je amfifilna, kar pomeni, da ima afiniteto do vmesnika med obema komponentama mešanice. Današnje industrijske emulzije temeljijo na uporabi takih materialov, ki jih imenujemo površinsko aktivne snovi. Vendar so številne površinsko aktivne snovi strupene tako za ljudi kot za okolje. Zmanjšanje njihove uporabe (ali njihova popolna opustitev) bi bilo torej zelo koristno.

Protiintuitiven pojav

V zadnjem delu so raziskovalci iz Laboratorij Colloïdes et Matériaux Divisés pri ESPCI v Parizu, Francija; francosko podjetje Kaliksija, ki je specializirano za načrtovanje in izdelavo biorazgradljivih mikrokapsul; in Harvard University v ZDA preučevali mešanice, sestavljene izključno iz vode in različnih vrst olja. V teh mešanicah, ki se običajno ne mešajo, so opazili ultratanke, a nenormalno stabilne filme olja, ki so se spontano pojavili med razpršenimi kapljicami vode.

"Ta pojav sistematično povzroča adhezijo med kapljicami, hkrati pa preprečuje njihovo združevanje, kar nam omogoča, da v olju razpršimo velike deleže vode (80 volumskih odstotkov ali več)," pojasnjuje. Jérôme Bibette, kemijski fizik in direktor laboratorija ESPCI, ki je vodil raziskavo.

Stabilen več tednov

Pojav, ki je podrobno opisan v Znanost, najbolje deluje pri zelo polarnih oljih, ki vsebujejo tako hidrofilne kot hidrofobne komponente in imajo visoko molekulsko maso. Ta merila izključujejo alifatske ogljikovodike, kot sta na primer metan in polietilen, vključujejo pa olja, ki vsebujejo izmenično kisikove in ogljikove atome – kategorija, ki zajema vsa rastlinska olja.

Raziskovalci so ugotovili, da lahko ta olja spremenijo svojo konfiguracijo takoj, ko so zaprta med dvema kapljicama vode, tako da se "izberejo", da svoje hidrofilne dele prednostno usmerijo proti vodi, hidrofobne dele pa stran od nje. "Izjemno tanek lepilni film, ki ga povzroča afiniteta hidrofobnih delov, se razvije spontano, takoj ko se vmesnika približata," pravi Bibette. "Film nato pridobi ogromno viskoznost, hkrati pa zmanjša prosto energijo vmesnika - nekaj, kar se kaže v kapljicah vode in olja, ki se držijo skupaj."

Takšnega spontanega želiranja med dvema nemešljivima tekočinama še nikoli prej niso opazili, dodaja.

Ker je večino rastlinskih olj mogoče polimerizirati, bi njihova kombinacija z vodo lahko raziskovalcem omogočila izdelavo popolnoma biološko razgradljivih polimernih materialov. Za Bibette so ena najbolj očitnih aplikacij, ki pridejo na misel, biološko razgradljive kapsule za industrije, kot sta kozmetika in dišave.

Tehnika bi lahko raziskovalcem omogočila tudi ustvarjanje novih vrst plastike, ki bi sestavljala biološko razgradljive polimere in do 90 volumskih odstotkov vode, pravi Svet fizike. "Obe fazi bi lahko naredili (in nadzorovali, da sta) homogeni v celotni mešanici, kar bi nam lahko omogočilo izdelavo edinstvenega dvozveznega, soobstoječega hidrofilnega in hidrofobnega materiala," pravi. "To bi se lahko uporabljalo na tako raznolikih področjih, kot so tkivno inženirstvo, biorazgradljiva embalaža in materiali za zamenjavo plastike na splošno."

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/mixing-water-and-oil-no-surfactants-needed/