Miscele evaporanti di due liquidi creano disegni ipnotici

Goccioline contenenti liquidi con diverse tensioni superficiali, come isopropanolo e glicole etilenico (mostrati), fioriscono in schemi intricati mentre evaporano.

AP Mouat et al/Lettere di revisione fisica 2020

Di Maria Temming

2 marzo 2020 alle 6:00

Quando i liquidi contenenti piccole particelle evaporano, tali fluidi spesso lasciano impronte digitali come anelli di caffè o ragnatele di whisky (SN: 31/10/19). Ma i liquidi mescolati con altri liquidi lasciano i loro distinti modelli di residui.

Una gocciolina evaporante che contiene due fluidi può far germogliare sporgenze simili a dita o una catena di goccioline più piccole attorno al suo bordo, a seconda dei liquidi nella miscela, riferiscono i ricercatori il 14 febbraio su PhysicalReview Letters. I ricercatori hanno catturato questi fenomeni in video utilizzando goccioline di isopropanolo, un componente dell'alcol denaturato, mescolato con un ingrediente antigelo chiamato glicole etilenico o un'altra sostanza chimica chiamata dodecano. Modelli simili compaiono anche in altre miscele di fluidi evaporanti.

I ricercatori hanno depositato gocce da 1 microlitro di isopropanolo, miscelato con glicole etilenico ordodecano, su una superficie liscia. Man mano che ogni goccia si diffondeva, l'isopropano evaporava rapidamente sul bordo, dove la pozzanghera era più sottile, lasciando una concentrazione più elevata di glicole etilenico o dodecano attorno al perimetro della pozzanghera.

Quel bordo disteso alla fine si frantumò in un anello di goccioline più piccole. Nelle piscine contenenti glicole etilenico, quelle goccioline si allungavano verso l'esterno per creare sporgenze simili a dita. Nelle pozze contenenti dodecano, le goccioline formavano una collana di perline attorno alla pozzanghera.

La differenza nella struttura dei bordi della pozzanghera deriva dalle diverse tensioni superficiali dei liquidi: quanto strettamente le molecole sulla superficie di un fluido si aggrappano tra loro (SN: 6/12/18). Il liquido tende a fluire verso regioni con maggiore tensione superficiale, dove le molecole esercitano una maggiore attrazione tra loro. "Pensate al tiro alla fune", afferma il coautore Justin Burton, fisico della Emory University di Atlanta. "Se hai una tensione superficiale più alta da un lato... una squadra di tiro alla fune [è] più forte dell'altra, e poi tutto inizia a muoversi" in quella direzione.

La tensione superficiale dell'etilenglicole è circa 2,2 volte più alta di quella dell'isopropanolo. Di conseguenza, le goccioline ricche di glicole etilenico attorno al bordo di una pozzanghera in evaporazione trascinano il fluido dal centro della piscina verso l'esterno, formando sporgenze simili a dita. Il dodecano, d'altro canto, ha una tensione superficiale paragonabile a quella dell'isopropanolo. Quindi le goccioline attorno al bordo delle pozzanghere contenenti dodecano rimangono al loro posto.

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AP Mouat et al. Ottimizzazione della dinamica delle linee di contatto e dei modelli di deposizione in miscele liquide volatili. Lettere di revisione fisica. vol. 124, 14 febbraio 2020. doi:10.1103/PhysRevLett.124.064502.

Precedentemente scrittrice di scienze fisiche presso Science News, Maria Temming è assistente redattore di Science News Explores. Ha una laurea in fisica e inglese e un master in scrittura scientifica.

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