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

Watson-Marlow en Bredel vanaf nu onder één dak

Onderzoek: spectaculair omslagpunt in emulsies van water en olie

Atomaire geometrie next-gen materialen blootgelegd

Werner Lievens nieuwe managing director WEG Benelux

’Biogebaseerde economie niet haalbaar binnen 10 jaar’

Natuurlijk molecuul zorgt voor volledig herbruikbaar plastic

>> Meer verwant nieuws
Carrièrekansen (meer)
Agenda

Decanteercentrifuges

Online

van 9/03/2021 tot 10/03/2021

Belgian Offshore Days

Ostend Sea P’lace

van 17/03/2021 tot 18/03/2021

Ventilatie van gebouwen in de strijd tegen COVID-19

Live Webinar

dinsdag 23 maart 2021

Panel Building. Made Smarter

Online event

dinsdag 23 maart 2021

METAV Digital

online

van 23/03/2021 tot 26/03/2021

EEX-ATEX

Online cursus IE-net

van 30/03/2021 tot 31/03/2021

Keuze van de redactie

(5/3) Computersimulaties in 4D maken hartchirurgie veiliger

(3/3) Windparken profiteren van sterke stroming in lagere atmosfeer

(2/3) Lockheed Martin gunt Feronyl contract binnen het F-35 programma

(1/3) Start bouw allereerste Vlaamse opleidingscentrum voor farma en biotech

(25/2) Nieuw platform biedt correctere berekening CO2-voetafdruk

(25/2) ABO-Group neemt Frans sonisch boorbedrijf over

>> 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...

Vlaanderen op tweede plek in Europees innovatieonderzoek

Het laatste Europese innovatieonderzoek toont dat de innovatiegraad in Vlaanderen voor 2016-2018 rond de 70% ligt. Daarmee behoort Vlaanderen tot de Europese top, enkel Estland doet beter.

Kunstmatige intelligentie: nieuwer is niet altijd beter - opinie

Wat triggert kopersverdriet? Sommigen voelen het al na enkele seconden na een impulsaankoop. We maakten het allemaal wel eens mee, maar dat maakt het er niet minder pijnlijk op.

Automatiseer met één voordelige kickstart

Heeft u weinig of geen ervaring? De SIMATIC S7-1200-starterkit is makkelijk, snel, compact en kostenefficiënt en bevat alle benodigde componenten om succesvol te automatiseren.

Opheffing moratorium leidt voorlopig niet tot meer faillissementen

Tijdens de maand februari 2021 gingen er 540 bedrijven failliet, een daling met 43% tegenover 2020. Januari en februari samengeteld toont 999 faillissementsuitspraken of 49,4% minder.

Project: software robots om administratieve routinetaken over te nemen

Het gebruik van databots, een toepassing van Robotic Process Automation (RPA), heeft het potentieel om automatisering snel en goedkoop toe te passen. VIL wil dit onderzoeken.

Start bouw allereerste Vlaamse opleidingscentrum voor farma en biotech

ViTalent en POM Antwerpen hebben het startschot gegeven voor bouw van allereerste opleidingscentrum voor farma en biotech in Vlaanderen. Vanaf begin 2022 worden opleidingen op maat aangebode

Watson-Marlow en Bredel vanaf nu onder één dak

De Watson-Marlow Fluid Technology Group (WMFTG) verzorgt vanaf nu de directe verkoop, de ondersteuning en de service van de industriële Bredel slangenpompen.

‘The 7 Transformations Experience’ - column

Hoe groot of klein ze ook is, en ongeacht de menselijke en financiële middelen waarover ze beschikt, uw onderneming is in staat om te evolueren. 'The 7 Transformations Experience' helpt.

Flexim lanceert nieuwe ultrasone flowmeters voor stoom

Met de FLUXUS ST en FLUXUS ST-HT serie kan verzadigde stoom gemeten worden zonder inbreng van sensors in de leiding of het openen van de leiding. Ook het verjongen van de leidingdiameters is niet langer nodig om de stoomsnelheid te verhogen voor het toe te passen meetprincipe, want de flow kan al gemeten worden vanaf 1cm/s.

Partners