Rudolf Cole
0 
1545
164
En enda droppe lösningsmedel virvlar runt som en liten dansare ovanpå en bägare med vatten och gradvis spricker bort små runda bitar av sig själv tills ingenting återstår. Vissa som såg det tyckte att det såg ut som en snurrande galax eller världens minsta orkan. Alla som såg det undrade vad pokkerna pågick - och det inkluderar forskarna som genomförde experimentet 2011.
Den magiska droppen lösningsmedelsstjärnor i ett GIF som heter "En droppe diklormetan på vatten som spiral ut ur existensen när det förångas", publicerades torsdag (11 januari) till Reddits forum för r / kemisk reaktion. Trots sin nyberömda berömmelse (mer än 20 tusen kommentarer inom de första 24 timmarna) har GIF sitt ursprung i ett papper från 2011 som publicerades i den tyska kemi-tidskriften Angewandte Chemie.
Uppsatsen var enkel: när du släpper ut en droppe diklormetan (DCM) lösningsmedel i en bägare med tvålvatten ser den riktigt ut, riktigt cool ut. [Album: Prisvinnande foton tagna genom ett mikroskop]
“Detta är ett mycket enkelt experiment och ett mycket komplicerat fenomen,” sade Oliver Steinbock, professor i kemi vid Florida State University och seniorförfattaren på studien. "Vi blev mycket förvånade över det - och det är vi fortfarande.”
För att sätta upp experimentet fyllde Steinbock och hans medforskare flera bägare med olika vattenkoncentrationer och ett gemensamt desinfektionsmedel för laboratorier, CTAB. Med hjälp av en pipett tillsatte de en enda droppe DCM - en färglös vätska som ibland används som avfettningsmedel - till varje bägare och filmade resultaten. Varje försök tog cirka 20-30 sekunder totalt och var synlig med blotta ögat.
Så vad händer här?
Varje droppe DCM, som har en relativt låg kokpunkt, började förångas så snart den lämnade pipetten. Men överraskningarna började när dropparna rörde tvålvattenlösningen.
"DCM har en högre densitet än vatten, så du kan förvänta dig att det sjunker direkt", berättade Steinbock. "Men istället, så fort det rör vid vattnet, sprids en del av det och skapar den här typen av film som håller droppen på vattenytan ... det är som en båt som håller droppen flytande.” (Även om DCM-filmen inte syns i den virala GIF ovan, kan du se den tydligt i flera andra videor från experimentet som Steinbock publicerade på YouTube.)
Trots denna båtliknande film börjar en liten del av droppen sjunka. Det är inte synligt från den här nedanstående utsiktspunkten för detta GIF; emellertid bildas en liten stråle med fallande bubblor under droppen när den rör vid vattnet. Den fallande DCM-strålen krymper långsamt droppens volym, men får också den att snurra. "Det är lite som när du spolar en toalett," sa Steinbock. "Vattnet har en tendens att börja rotera och vrida sig. Och det utlöser droppens rotation som vi börjar se."
Inom några sekunder svävar droppen på en gång, roterar och avdunstar. Som ett resultat av dessa kombinerade krafter börjar små droppar så småningom lossna från kanten på den större droppen. Men istället för att sjunka ner sig skjuter de ut radiellt och rör sig rakt fram över filmens yta tills de själva förångas.
"Dessa droppar är självgående," sa Steinbock. Detta beror på ett fenomen som kallas Marangoni-effekten, som säger att en vätska med hög ytspänning kommer att dra starkare än en vätska med låg ytspänning. Denna skillnad i spänning skapar en kraft på systemet som kan leda till rörelse.
När DCM i experimentet börjar förångas, minskar droppens ytspänning från utsidan in. Mindre droppar börjar bildas vid den stora droppkanten, tills den relativt höga ytspänningen i det omgivande vattnet drar bort de små dropparna i det Steinbock kallar en "ballistisk" bana. Varje enskild droppe rör sig rakt fram tills dess ytspänning blir lika instabil, vilket leder till ytterligare fragmentering. Så småningom delar dropparna så många gånger att de inte längre kan ses. (Ett papper 2017 i Physical Review Letters förklarar fenomenet ytterligare.)
Dessa och andra krafter fortsätter att snurra och krympa den stora DCM-droppen tills den plötsligt förlorar sin symmetri och sprutar galet till total förångning. Varför systemet plötsligt går från ett tillstånd av uppenbar symmetri till totalt entropiskt kaos förvirrar till och med Steinbock och hans medforskare. Över ett halvt dussin experiment kunde de inte skapa de exakta mönstren som ses i denna GIF. "Jag blev lite avskräckt över att förstå hur komplicerat det egentligen är," sa Steinbock.
Hur komplicerat som helst, denna lilla droppe lösningsmedel talade ändå till något inre och rent i många som såg det. Som Reddit-användare MurderSlinky uttryckte det: "Aldrig tidigare har jag relaterat så mycket till en gif som jag har till denna lilla, obetydliga prick med vätska som snurrar riktigt i ett ändlöst, likgiltigt hav och sakta blir någonting."