Zelfs scheikundigen zijn verbijsterd door deze GIF van een druppel die naar zijn ondergang spiraalsgewijs beweegt

  • Thomas Dalton
  • 0
  • 2125
  • 549

Een enkele druppel oplosmiddel wervelt als een kleine danseres bovenop een beker water, waarbij kleine ronde stukjes van zichzelf geleidelijk worden overboord gegooid tot er niets meer overblijft. Sommigen die het zagen, dachten dat het eruitzag als een ronddraaiend sterrenstelsel of de kleinste orkaan ter wereld. Iedereen die het zag, vroeg zich af wat er in vredesnaam aan de hand was - en dat geldt ook voor de onderzoekers die het experiment in 2011 hebben uitgevoerd.

De magische druppel oplosmiddelsterren in een GIF genaamd "Een druppel dichloormethaan op water verdwijnt uit het bestaan ​​terwijl het verdampt", plaatste donderdag (11 januari) op ​​het r / chemicalreactiongifs-forum van Reddit. Ondanks zijn hernieuwde bekendheid (meer dan 20.000 upvotes binnen de eerste 24 uur), kwam de GIF voort uit een artikel uit 2011 dat werd gepubliceerd in het Duitse scheikundetijdschrift Angewandte Chemie.

De scriptie van de paper was simpel: als je een druppel dichloormethaan (DCM) -oplosmiddel in een beker zeepachtig water laat vallen, ziet het er echt heel gaaf uit. [Album: bekroonde foto's gemaakt met een microscoop]

“Dit is een heel eenvoudig experiment en een heel ingewikkeld fenomeen,” zei Oliver Steinbock, een professor in scheikunde aan de Florida State University, en de senior auteur van de studie. "We waren er erg door verrast - en dat zijn we nog steeds.”

Om het experiment op te zetten, vulden Steinbock en zijn collega-onderzoekers verschillende bekers met verschillende concentraties water en een algemeen laboratoriumdesinfectiemiddel genaamd CTAB. Met een pipet voegden ze een enkele druppel DCM - een kleurloze vloeistof die soms als ontvetter wordt gebruikt - aan elke beker toe en filmden de resultaten. Elke proef duurde in totaal ongeveer 20-30 seconden en was zichtbaar met het blote oog.

Dus wat is er hier aan de hand??

Elke druppel DCM, die een relatief laag kookpunt heeft, begon te verdampen zodra hij uit de pipet kwam. Maar de verrassingen begonnen toen de druppels de zeepachtige oplossing raakten.

"DCM heeft een hogere dichtheid dan water, dus je zou verwachten dat het meteen zinkt", zei Steinbock. "Maar in plaats daarvan, zodra het het water raakt, verspreidt een deel zich en ontstaat er een soort film die de druppel op het wateroppervlak houdt ... het is als een boot die de druppel drijvend houdt..” (Hoewel de DCM-film niet zichtbaar is in de virale GIF hierboven, kun je hem duidelijk zien in verschillende andere video's van het experiment dat Steinbock op YouTube plaatste.)

Ondanks deze bootachtige film begint een klein deel van de druppel te zinken. Het is niet zichtbaar vanaf het top-down uitkijkpunt van deze GIF; er vormt zich echter een kleine straal vallende belletjes onder de druppel zodra deze het water raakt. De vallende DCM-jet verkleint langzaam het volume van de druppel, maar zorgt er ook voor dat deze gaat draaien. 'Het is een beetje zoals wanneer je een toilet doorspoelt,' zei Steinbock. "Het water heeft de neiging om te gaan draaien en te draaien. En dat veroorzaakt de rotatie van de druppel die we beginnen te zien."

Binnen een paar seconden zweeft, roteert en verdampt de druppel tegelijk. Als gevolg van deze gecombineerde krachten beginnen kleinere druppeltjes uiteindelijk los te komen van de rand van de grotere druppel. Maar in plaats van zichzelf te laten zinken, schieten ze radiaal naar buiten en bewegen ze recht vooruit over het oppervlak van de film totdat ze zelf verdampen..

"Deze druppels zijn zelfaandrijvend", zei Steinbock. Dit komt door een fenomeen dat het Marangoni-effect wordt genoemd, dat stelt dat een vloeistof met een hoge oppervlaktespanning sterker trekt dan een vloeistof met een lage oppervlaktespanning. Dit verschil in spanning zorgt voor een kracht op het systeem die tot beweging kan leiden.

Terwijl de DCM in het experiment begint te verdampen, daalt de oppervlaktespanning van de druppel van buiten naar binnen. Kleinere druppeltjes beginnen zich te vormen aan de rand van de grote druppel, totdat de relatief hoge oppervlaktespanning van het omringende water de kleine druppeltjes wegtrekt in wat Steinbock noemt een "ballistisch" traject. Elke individuele druppel beweegt recht vooruit totdat de oppervlaktespanning even onstabiel wordt, wat leidt tot verdere fragmentatie. Uiteindelijk zijn de druppels zo vaak gespleten dat ze niet meer te zien zijn. (Een paper uit 2017 in Physical Review Letters legt het fenomeen verder uit.)

Deze en andere krachten blijven de grote DCM-druppel ronddraaien en krimpen totdat deze plotseling zijn symmetrie verliest en als een gek sputteren in totale verdamping. Waarom het systeem plotseling van een staat van schijnbare symmetrie naar totale entropische chaos gaat, verbaast zelfs Steinbock en zijn collega-onderzoekers. Bij een half dozijn experimenten waren ze niet in staat om de exacte patronen in deze GIF opnieuw te creëren. "Ik was een beetje ontmoedigd om te begrijpen hoe ingewikkeld het werkelijk is," zei Steinbock.

Hoe gecompliceerd ook, deze kleine druppel oplosmiddel sprak niettemin tot iets intrinsieks en puurs bij velen die het zagen. Zoals Reddit-gebruiker MurderSlinky het verwoordde: "Nooit eerder heb ik zoveel met een gif te maken als met dit kleine, onbeduidende puntje vloeistof dat doelloos ronddraait in een eindeloze, onverschillige zee terwijl het langzaamaan niets wordt."




Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.

De meest interessante artikelen over geheimen en ontdekkingen. Veel nuttige informatie over alles
Artikelen over wetenschap, ruimte, technologie, gezondheid, milieu, cultuur en geschiedenis. Duizenden onderwerpen uitleggen, zodat u weet hoe alles werkt