Vijf verschillende fasen gevonden in mengsels van twee stoffen

Onderzoek & Wetenschap 23/09/2020 10:45:25

TU Eindhoven en de universiteit Paris-Seclay bewijzen een vijf-fasen-evenwicht, iets wat veel geleerden voor onmogelijk hielden vanwege de 150 jaar oude Gibbs-regel van maximaal drie fasen.

Lees hieronder verder   
Verwant

Daikin investeert in Gents hypermodern ontwikkelingscomplex

Antwerpse chemiebedrijven gaan dokwater als proceswater gebruiken

Concurrentievermogen van duurzame chemische industrie in EU stimuleren

Biar sampling valves verdeeld door Gielink

Debietmeters, het belang van turndown, meetfout en inbouwlengte - artikel

Efficiëntere waterbehandeling van stoomketels - artikel

>> Meer verwant nieuws
Carrièrekansen (meer)
Agenda

Electrical Safety in Industrial Installations

Pilz Academy - Herentals

woensdag 2 december 2020

Logistiek Manager als Logistiek Auditor

IMF Academy (centraal Nederland)

van 3/12/2020 tot 17/12/2020

Energy Mission Webinar

online event

donderdag 3 december 2020

Safety validation training

Pilz Academy - Herentals

donderdag 3 december 2020

Overdrukbeveiliging en veiligheidskleppen

Het ingenieurshuis - Antwerpen

van 7/12/2020 tot 10/12/2020

Geotechniekdag 2020

Online studiedag

dinsdag 8 december 2020

Keuze van de redactie

(27/11) Eerste AI-gestuurde verpakkingsmachine ontwikkeld

(25/11) Photovoltatronics: slimme, communicerende zonnecellen onderzocht

(24/11) Autobekledingsbedrijf wordt producent van mondmaskers

(23/11) Nederlandse studenten ontwikkelen oven voor recyclage e-waste

(19/11) Proximus, SkeyDrone en DroneMatrix ontwikkelen drone-platform

(18/11) 600.000 euro voor 25 innovatieve West-Vlaamse samenwerkingsprojecten

>> Meer blikvangers

ENGINEERINGNET.BE - De grondlegger van de hedendaagse thermodynamica en fysische chemie is de Amerikaanse natuurkundige Josiah Willard Gibbs.

Hij stelde in 1876 de fasenregel op, die beschrijft hoeveel verschillende fasen een stof of een mengsel van stoffen maximaal tegelijkertijd kan aannemen. Voor veel stoffen voorspelt de Gibbs-fasenregel maximaal 3 fasen.

Hoogleraar Remco Tuinier van TU Eindhoven: “Einstein noemde de thermodynamica van Gibbs destijds de enige theorie die hij écht vertrouwde. Nemen we de stof water als voorbeeld, dan is er één punt, met een specifieke temperatuur en druk, waarbij water tegelijkertijd als gas, vloeistof en ijs voorkomt. Het zogenoemde tripel-punt.”

Het is nog nooit aangetoond dat je deze Gibbs-regel kunt ‘doorbreken’. Het mengsel dat de onderzoekers bestudeerden, zou volgens deze fasenregel eveneens op één specifiek punt maximaal drie fasen tegelijkertijd vertonen.

Maar zij laten nu zien dat er bij dit mengsel een hele reeks van omstandigheden is waarbij er vier fasen tegelijk bestaan. Er is zelfs één punt waarbij er vijf fasen bestaan.

Op dat specifieke ene punt, ook wel een vijf-fasen-evenwicht genoemd, bestaan er tegelijk een gasfase, twee vloeibaarkristalfasen, en twee vaste fasen met ‘gewone’ kristallen. Dat is nog nooit eerder vertoond.

De crux zit hem in de vorm van de deeltjes in het mengsel. Gibbs liet die buiten beschouwing, maar de Eindhovense wetenschappers tonen nu aan dat juist de specifieke lengte en diameter van de deeltjes een grote rol speelt.

Tuinier: “Naast de bekende variabelen temperatuur en druk, krijg je zo nog twee extra variabelen: de lengte van het deeltje ten opzichte van zijn diameter, en de diameter van het deeltje ten opzichte van de diameter van andere deeltjes in de oplossing.”

"Het zou kunnen dat er zelfs nóg ingewikkeldere evenwichten mogelijk zijn, als je maar lang genoeg zoekt naar complexe andere vormen.”

In hun theoretische modellen werkten de onderzoekers met een mengsel van twee stoffen in een oplosmiddel: staafjes en polymeren. Dat wordt ook wel een colloïdaal systeem genoemd, waarbij de deeltjes vast zijn en het medium vloeibaar.

Omdat de deeltjes niet precies dezelfde ruimte kunnen innemen, gaan ze een interactie met elkaar aan. “Dat wordt ook wel het uitgesloten volume-effect genoemd; het zorgt ervoor dat de staafjes bij elkaar willen zitten. Ze worden als het ware naar elkaar toe geduwd door de polymeerketens. Zo krijg je in het mengsel een gedeelte waar vooral staafjes zitten, en een gedeelte dat rijk is aan polymeren,” aldus Tuinier.

“De staafjes zakken dan naar de bodem, omdat ze meestal zwaarder zijn. Dat is het begin van ontmenging, waardoor er fasen gaan ontstaan.” Het onderste gedeelte met vooral staafjes wordt op den duur zo druk, dat de staafjes elkaar gaan hinderen. Ze nemen dan een voorkeurspositie in, zodat ze elkaar minder in de weg zitten.

Bij de staafjes ziet dat eruit als een nette rangschikking naast elkaar. Je krijgt dan uiteindelijk vijf verschillende fasen, een gasfase met niet gerangschikte staafjes bovenaan (een isotrope fase), een vloeibare fase met staafjes die ongeveer dezelfde kant op wijzen (nematisch vloeibaar kristal), een vloeibare fase met staafjes die in verschillende lagen liggen (smectisch vloeibaar kristal), en twee vaste fasen onderaan.

Het onderzoek kan nuttig zijn op tal van gebieden. Denk aan het rondpompen van complexe mengsels in reactoren in de industrie, het maken van ingewikkelde producten zoals bij colloïdale mengsels als mayonaise en verf, of het vormen van ijs op autoruiten en ijzel op de weg.

Zelfs in vloeibare kristallen in beeldschermen spelen deze processen een rol. De meeste industrieën kiezen ervoor om te werken met een één-fase-systeem, waar er dus geen ontmenging plaatsvindt. Maar als de precieze overgangen duidelijk beschreven zijn, dan kan de industrie die verschillende fasen juist gebruiken, in plaats van ontwijken. << (Lydia Heida) (foto: TU Eindhoven - ICMS animatie studio)

Op de foto boven: Vijf-fasen evenwicht met bovenaan een gasfase met niet gerangschikte staafjes (een isotrope fase), daarna een vloeibare fase met staafjes die ongeveer dezelfde kant op wijzen (nematisch vloeibaar kristal), vervolgens een vloeibare fase met staafjes die in verschillende lagen liggen (smectisch vloeibaar kristal), en twee vaste fasen onderaan. <<

Reageren
Abonneer op onze nieuwsbrief

Mis ook dit niet...

Goedkope en groene waterstof op industriële schaal

TNO en andere vooraanstaande kennisinstellingen in Europa lanceren voorstellen om elektrolyse van waterstof met duurzame energie op grotere schaal snel te introduceren, tegen lagere kosten.

Toekomstig hoorapparaat luistert naar hersengolven

KU Leuven heeft een techniek ontwikkeld, dat op basis van hersengolven binnen de seconde bepaalt naar wie je luistert, en ruis weg filtert. Dit moet leiden tot betere hoorapparaten.

Consortium met DEME wint contract voor bouw Italiaanse haven

Een consortium met Dredging International (dochter van DEME) en het Italiaanse bouwbedrijf Consorzio Stabile Grandi Lavori gaat de Ravenna Port Hub in Italië bouwen.

Photovoltatronics: slimme, communicerende zonnecellen onderzocht

TU Delft gaat zonnecellen zo ontwerpen dat er sprake is van een nieuwe component die naast elektriciteitsopwekking ook informatie kan verwerken en delen.

Autobekledingsbedrijf wordt producent van mondmaskers

In het Oost-Vlaamse Assenede produceert ECA sinds juli chirurgische mondmaskers. Daarvoor zette het Belgische autobekledingsbedrijf een volledig nieuwe afdeling op.

Europees herstelplan: 10 voorstellen van Agoria voor Belgisch digitaal plan

In het Europees herstelplan staat dat minstens 20% van het budget van de 'faciliteit voor herstel en veerkracht' wordt aangewend voor digitaal. Dit is ruim 1 miljard euro voor België.

Biodiesel uit afval helpt CO2-emissies te verminderen

In de transportsector wordt bij het verlagen van CO2-emissies vaak richting elektrische trucks gekeken, maar biodiesel HVO, gemaakt uit afvalstoffen, is eveneens een valabel alternatief.

Elektrisch aangedreven locomotief milieuvriendelijker en kostenefficiënter

Siemens Mobility ontwikkelde de Vectron Dual Mode-locomotief, die de voordelen van elektrische aandrijving gebruikt waar mogelijk en overschakelt naar diesel waar nodig.

EvoTRAC S1901-platform biedt flexibiliteit en ingebouwde AI

Kontron heeft zijn EvoTRAC S1901-platform gelanceerd. geschikt voor veeleisende toepassingen in zware mobiele machines in de bouw-, landbouw-, vrachtwagen- en mijnbouwsector. Het is een modulair AI-geoptimaliseerd systeem, ontworpen om GPU-versnelde applicaties te voeden vanuit een compacte, robuuste vormfactor. >>

Partners