Warszawscy chemicy precyzyjnie wstrząsają, żeby za bardzo nie zmieszać :: Artykuły / Polski Serwis Naukowy

Polecamy również:

IChF PAN otwiera laboratorium do badania mikroprzepływów

Niebieska Karta - wyjaśnienie terminu; procedura "Niebieskie Karty"

"AIDS: ryzyko znasz- reszta zależy od ciebie"

Naukowcy zaskoczeni pierwszą próbą "wielkiego zderzacza"

Polscy naukowcy nie muszą "jechać z tyłu"

"Mówimy po francusku" - portal do nauki języka dla dzieci

Do precyzyjnego manipulowania częściowo zmieszanymi płynami najlepiej wykorzystywać odpowiednio zmieniające się pole elektryczne - ustalili naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN. Zbadali też, jakie "elektrowstrząsy" dadzą najlepsze efekty.

Jak napisano w komunikacie prasowym IChF PAN, chemicy już dawno opanowali technikę łączenia dwóch płynów w taki sposób, żeby się nie zmieszały. Czasem jednak trzeba, by unoszące się w jednej cieczy kropelki drugiej połączyły się ze sobą w większe. A to już jest trudniejsze. Zwłaszcza, jeśli trzeba to robić z aptekarską dokładnością, np. w laboratoryjnych urządzeniach mikroprzepływowych.

"Podstawowym problemem w technikach mikroprzepływowych jest stabilność kropel. Aby były one trwałe, otacza się je surfaktantem, czyli substancją powierzchniowo czynną. Cząsteczki surfaktantów składają się z części hydrofilowej (lubiącej wodę) i hydrofobowej (unikającej wody). Jeśli kropelka wody znajdzie się np. w oleju, surfaktant otacza ją w taki sposób, że części hydrofilowe są zanurzone w kropli, a hydrofobowe pozostają w oleju. Pokryte surfaktantem kropelki wyglądają z zewnątrz jak zwinięte jeże i nie mają jak się ze sobą zetknąć. Ich stabilność zwiększa fakt, że fragmenty cząsteczek surfaktantu na zewnątrz kropel mają ładunek elektryczny tego samego znaku, a więc działają odpychająco" - tłumaczy doktorant Tomasz Szymborski z Instytutu Chemii Fizycznej PAN.

Chemicy pobudzają krople do łączenia się, używając pola elektrycznego. Technika ta nazywana jest elektrokoalescencją.

"Elektrokoalescencja jest znana od ponad 100 lat. Pierwotnie stosowano ją w przemyśle naftowym. Nieoczyszczona ropa naftowa, wydobywana spod dna morskiego, zawiera istotne ilości wody w formie kropelek. Inżynierowie zauważyli, że krople te w obecności zmiennego pola elektrycznego szybko łączą się ze sobą i opadają na dno zbiornika, skąd wodę łatwo usunąć" - napisano w informacji prasowej.

Technika ta obecnie jest używana do łączenia ze sobą kropelek cieczy w laboratoryjnych urządzeniach mikroprzepływowych. Jak wyjaśniają naukowcy, urządzenia mikroprzepływowe to miniaturowe reaktory chemiczne rozmiarów karty bankowej. Reakcje chemiczne zachodzą w nich we wnętrzach kropel, znajdujących się w neutralnej cieczy przepływającej wzdłuż odpowiednio zaprojektowanych kanalików. Objętość każdej z takich kropel wynosi ok. 1 mikrolitra (tysiąc razy mniej niż mililitr), ale chemicy przewidują, że w przyszłości będą korzystać z jeszcze milion razy mniejszych kropelek.

"Kariera elektrokoalescencji zaczęła się nietypowo, od zastosowań na dużą skalę w przemyśle naftowym. W układach mikroprzepływowych dopiero od kilku lat wykorzystuje się to zjawisko" - mówi dr hab. Piotr Garstecki z IChF PAN. Naukowcy z IChF PAN postanowili sprawdzić, jak łączenie się kropel w układów mikroprzepływowych zależy od parametrów pola elektrycznego.

"W badaniach obserwowano łączenie się mikrokropel wody w cieczy nośnej, którą był heksadekan. Kropelki łączyły się tym szybciej, im większe było przyłożone napięcie i im większa częstotliwość drgań pola elektrycznego. Jednak dla każdej wartości napięcia zawsze istniała graniczna częstotliwość, powyżej której mikrokrople znów stawały się stabilne" - napisano w komunikacie prasowym.

"Pokazaliśmy, że proces łączenia przebiega najszybciej, gdy pole elektryczne oscyluje z częstotliwością zbliżoną do progowej i znaleźliśmy prostą zależność pozwalającą szybko oszacować jej wartość" - wyjaśnia Szymborski.

Chemicy z Warszawy są przekonani, że wyniki ich badań pomogą optymalizować procesy chemiczne z udziałem elektrokoalescencji, zarówno w urządzeniach mikroprzepływowych jak i w instalacjach przemysłowych.

Badania przeprowadzono w ramach grantu Team Fundacji na rzecz Nauki Polskiej i programu Iuventus-Plus Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego.

PAP - Nauka w Polsce, Urszula Rybicka

* Zmienne pole elektryczne przyspiesza łączenie mikrokropel. Zdjęcia przedstawiają fazy łączenia mikrokropel wody w heksadekanie przy napięciu 400 V i częstotliwości drgań pola 100 Hz. Pierwsza klatka t=0 s, druga klatka t=0,28 s, trzecia klatka t=2,6 s. Kolory sztuczne. Źródło: IChF PAN

ula/ pmw/bsz

komentuj publikację

Czy wiesz że...?

wersja BETA

Pole magnetyczne stan przestrzeni, w której siły działają na poruszające się ładunki elektryczne, a także na ciała mające moment magnetyczny niezależnie od ich ruchu. Pole magnetyczne, obok pola elektrycznego, jest przejawem pola elektromagnetycznego. W zależności od układu odniesienia w jakim znajduje się obserwator, to samo zjawisko może być opisywane jako objaw pola elektrycznego, magnetycznego lub obu. pełny tekst

Przewodnictwo dziurowe (przewodnictwo typu p) - to przenoszenie ładunku elektrycznego przez kryształ pod działaniem zewnętrznego pola elektrycznego, polegające na tym, że elektrony pozostające w niecałkowicie zapełnionym pasmie podstawowym przesuwają się do niezajętych poziomów kwantowych (dziur elektronowych) w obrębie tego pasma w kierunku przeciwnym do wektora pola elektrycznego, co formalnie odpowiada przesuwaniu się ładunków dodatnich zgodnie z kierunkiem wektora pola elektrycznego. pełny tekst

RT (energia) - iloczyn stałej gazowej R i temperatury T, ma wymiar energii/mol. Ma bardzo duże znaczenie ze względu na to, że procesy chemiczne oraz wiele zjawisk fizycznych zależy od stosunku zmian energii związanych z tym zjawiskiem, E, oraz średniej energii termicznej (cieplnej), która dla 1 mola cząsteczek jest rzędu RT (zob. równowaga chemiczna), czyli zależy od wartości (E/RT). Fizycy i chemicy używają RT jako swoistej (zależnej od temperatury) pseudojednostki energii. pełny tekst

Przewodnictwo elektryczne - to zjawisko skierowanego przenoszenia ładunków elektrycznych przez dodatnie lub ujemne nośniki prądu (np. elektrony, jony) w ośrodku pod wpływem przyłożonego zewnętrznego pola elektrycznego. Zależnie od natury fizycznej ładunków wytwarzających prąd elektryczny wyróżnia się następujące rodzaje przewodnictwa elektrycznego: pełny tekst

Połączenie owijane (ang. wire wrap) technika realizacji połączenia elektrycznego w urządzeniach elektronicznych, polegająca na nawinięciu kilku zwojów cienkiego drutu na posiadającej ostre krawędzie cienkiej końcówce montażowej (np. o przekroju kwadratowym lub prostokątnym) grubości ok. 1 milimetra. pełny tekst

Moduł "Czy wiesz że...?" (wersja testowa, beta): definicje/pojęcia wygenerowane w obrębie tego modułu pochodzą z Wikipedii i udostępniane są na licencji Creative Commons: uznanie autorstwa, na tych samych warunkach, z możliwością obowiązywania dodatkowych ograniczeń. Dostęp do pełnej wersji każdego hasła (oraz dokładnch informacji na temat licencji, autora oraz edycji) możliwy jest po kliknięciu w odnośnik opisany jako "pełny tekst".