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

Bluswatersystemen waarop u kan rekenen

Nieuwe filtertechnologie als oplossing voor “forever chemicals”

essenscia over hervorming Europese chemiewetgeving

Ammoniak produceren zonder CO2-uitstoot

DEME wordt ook lid van de European Clean Hydrogen Alliance

Nieuwe gevaarlijke stoffen in kaart gebracht met ’First responder kit’

>> Meer verwant nieuws
Carrièrekansen (meer)
Agenda

Navingo Career Event

RDM Rotterdam – Onderzeebootloods

van 27/10/2020 tot 28/10/2020

Always an eye on your assets

B&R Webinar

dinsdag 27 oktober 2020

Aquarama Trade Fair

Brabanthal Leuven

donderdag 29 oktober 2020

IO-Link 4 Life Digital Event

Digital Event

donderdag 29 oktober 2020

Artificial Intelligence

IMF Academy Haarlem (NL)

van 4/11/2020 tot 19/11/2020

Internet of Things (IoT)

IMF Academy (centraal Nederland)

van 9/11/2020 tot 11/11/2020

Keuze van de redactie

(19/10) Nieuwe filtertechnologie als oplossing voor “forever chemicals”

(19/10) Lutgardis Claes, ingenieur met strepen - topingenieur

(15/10) 3D-printen met gebruikte materialen voor een circulaire economie

(15/10) Startup re.alto moet digitalisering energiesector versnellen

(12/10) VLIZ breidt onderzoekscapaciteit uit in nieuwe ’Ocean Innovation Space’

(12/10) Europese steun voor Antwerps innovatief CO2-reductie project

>> 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...

Lutgardis Claes, ingenieur met strepen - topingenieur

Generaal-majoor Lutgardis Claes werd de eerste vrouwelijke rector van de Brusselse Koninklijke Militaire School (KMS). Ze is Burgerlijk Ingenieur in de vliegtuigbouw en bewapening-ballistiek

State-of-the-art batterijtester voor testlabo EnergyVille

Het batterijtestlabo van EnergyVille werd onlangs uitgebreid met een state-of-the-art batterijtester van de fabrikant PEC. Tegelijkertijd werd ook een temperatuurkamer in gebruik genomen.

Iconische brug bindmiddel voor Antwerpen-Noord

Sinds juli 2016 vormt de Parkbrug over de Italiëlei een verkeersveilige verbinding voor voetgangers en fietsers tussen Park Spoor Noord, het oude stadscentrum en het Eilandje.

ORI en Tractebel vs corona 1.0

Begin maart vond het laatste fysieke ORI-event plaats in Gare Maritime te Brussel. Het opkomende coronavirus was toen al onderwerp van vele gesprekken, maar de impact was nog onduidelijk.

Volvo Trucks gaat elektrische voertuigen in bouwsector testen

Deze maand is Volvo Trucks gestart met livetests van een volledig elektrisch voertuig in de bouwsector. Het bedrijf leverde hiervoor twee voertuigen voor zwaar gebruik aan zijn klant Swerock

Accelerator Start it @KBC verwelkomt recordaantal ondernemers

Meer dan 280 start-ups dienden hun kandidatuur in voor de 20e pitchwave van Start it @KBC. Dat is een recordaantal sinds de start van de accelerator in 2014.

Coronaproef ’fysiek’ netwerken tijdens succesvolle ABISS2020

Begin oktober slaagden de 68 technologiepartners er in om met 583 fysieke bezoekers en 248 digitale bezoekers te netwerken omtrent trends en oplossingen voor industriële digitalisering.

Nieuwe satellieten zorgen voor veel beter beeld methaanemissie

Nieuwe satelliet­detectie­systemen zorgen, samen met bestaande lucht- en grond monitoring­systemen, voor een veel nauwkeuriger beeld van methaan­emissies, aldus Columbia University en TNO.

ABB introduceert nieuwe ultrasone niveautransmitter

ABB heeft een nieuwe ultrasone niveautransmitter met vele functies gelanceerd, speciaal ontworpen voor industrieën met een groot aantal geïnstalleerde niveaumeters. Met zijn modulaire ontwerp en intelligente algoritmen is de LST200 eenvoudig te installeren, in bedrijf te stellen en te onderhouden en is stabiel in gebruik. >>

Partners