Защо морската вода е пенлива?
Пяната с дълготрайни мехурчета, се образува елементарно в солената, морска вода, която съдържа доста разтворени йони, само че не по този начин лесно се образува в сладководни реки или езера.
Въздушните мехурчета, формирани в чиста вода, елементарно се сливат с нея. Но мехурчетата изчезват доста по-бавно в морската вода или в други течности, съдържащи разтворени примеси, заради което такива течности постоянно генерират трайна пяна. Екип от инженери има вяра, че са съумели да разпознават главната причина за този феномен - фини сили, основани от електролити, преносими йони, формирани, когато веществата се разтварят в течности. При конфликт сред две мехурчета тези сили доста понижават скоростта, с която течността, разделяща мехурчетата, може да изтече. Това изяснява за какво пяната се появява толкоз елементарно в солена морска вода и може да й бъдат открити потребни приложения в доста промишлености.
Why seawater is foamy? The film-thinning behavior between two fast-colliding bubbles has been observed directly using a home-designed instrument
Letter:
Focus:
— Physical Review Letters (@PhysRevLett)
Разтворите с високи концентрации на електролити постоянно създават устойчива пяни, тъй че откривателите от десетилетия подозират, че разтворените електролити по някакъв метод забавят сливането на мехурчета. „ Ефектът обаче си остава тайнственост и доста теории даже допускат, че електролитите би трябвало да форсират сливането на мехурчета “, споделя машинният инженер Бо Лиу от Университета на Алберта в Канада.
Лиу и сътрудниците му подхванали серия опити, с цел да схванат по какъв начин съществуването на електролити въздейства върху сливането на мехурчета. Те потопили края на стъклена капилярна тръба в течност и се образувало въздушно мехурче на върха. След това предиздвикали мехурчето да се спусне надолу със скорост от 3 mm/s, до момента в който се слее с друго мехурче изпод, което било прикрепено към повърхността на силициев диоксид. Използвайки интерферометрия, екипът съумял да мери дебелината на течния филм, разделящ мехурчетата с нанометрова акуратност и да следи по какъв начин тази дебелина понижава до нула.
В чиста вода мехурчетата работят като твърди сфери - доближават се без да трансформират формата си и при контакт се сливат. При мехурчетата в разнообразни електролитни разтвори обаче се следи поразително друг, двуетапен развой на обединение. Отначало повърхностите им се сближили, както в чиста вода. Но откакто дебелината на разделящия фил намаляла до почти 40 нанометра (nm), „ водещите ръбове “ на приближаващите се повърхности се сплескали, като че ли имало някаква отблъскваща мощ. Това пресоване забавило сливането на мехурчетата с от 2 до 14 милисекунди, съгласно опитите извършени със селекция електролити и мехурчета с разнообразни размери.
„ Тези опити са първите, които толкоз ясно демонстрират, че съществуването на електролити забавя сливането на мехурчетата в последния стадий, когато течният филм сред тях става доста тъничък “, споделя Лиу. Но теоретичното пояснение на резултата се оказа по-трудно. Работейки с разнообразни експерти, един от членовете на екипа Роджерио Маника, също от Университета на Алберта, прекарал години в проучване на сливането на мехурчета и по-специално на физиката, влияеща върху това по какъв начин тънкият течен филм може да се оттича. Въпреки това, споделя той, „ нищо от това, с което разполагахме не можеше да изясни следените пробни данни “.
При проучване на резултатите от други опити обаче, Лиу, Маника и техните сътрудници забелязали обилни разлики в измерванията на повърхностното напрежение в няколко електролитни разтвора спрямо това на чистата вода. „ Тези наблюдения ни насърчиха да разработим обстоен математически модел на превозването на електролити в тънкия филм сред сливащи се мехурчета. Използвайки уравнения за динамичност на флуидите, успяхме да опишем по какъв начин потокът от електролити би трябвало да повлияе на повърхностното напрежение във кино лентата “, сподели Маника.
Изследователите открили, че когато дебелината на кино лентата спадне до 30-50 нанометра, има разлика в концентрацията на електролита сред кино лентата и останалата част от течността. Тази разлика генерира дребен градиент на повърхностното напрежение и свързаната мощ, която забавя изходящия поток на течност от кино лентата.
При симулации на уравненията за превозване на електролитите, откривателите открили, че този резултат забавя дренажа на кино лентата задоволително дълго, с цел да забави и самото скъсване на кино лентата - и окончателното обединение на мехурчета - в тъкмо сходство с опитите. „ Накратко, електролитите доста забавят сливането на мехурчетата, като удължават живота на тънкия течен филм “, сподели Лиу.
„ Това изяснява за какво белите, пенести талази се образуват толкоз елементарно в океаните и моретата, които съдържат доста електролити, само че са по-рядко срещани в сладководните реки и езера “, сподели Лиу. „ Това изобретение може да бъде употребявано за бъдещи индустриални потребности. Например в електрохимичното делене на водни молекули за произвеждане на водород. В този развой методите, по които мехурчетата се образуват и сплотяват в разтвор, оказват главно въздействие върху употребяваната сила и върху успеваемостта на производството “, допусна той.
„ Това е елегантно свършена работа “, сподели експертът по материали Адриен Бусониер от Френския народен център за научни проучвания (CNRS) в Париж. Той означи, че механизмът, открит от откривателите, включва резултати както в наномащаба, където обособените йони взаимодействат с тънкия филм, по този начин и в доста по-големия мащаб, в който работят феномените на флуидния поток. „ Този механизъм наподобява повсеместен за другите соли и позволява доста необясними опити, в които вземат участие електролити. “
По темата
Въздушните мехурчета, формирани в чиста вода, елементарно се сливат с нея. Но мехурчетата изчезват доста по-бавно в морската вода или в други течности, съдържащи разтворени примеси, заради което такива течности постоянно генерират трайна пяна. Екип от инженери има вяра, че са съумели да разпознават главната причина за този феномен - фини сили, основани от електролити, преносими йони, формирани, когато веществата се разтварят в течности. При конфликт сред две мехурчета тези сили доста понижават скоростта, с която течността, разделяща мехурчетата, може да изтече. Това изяснява за какво пяната се появява толкоз елементарно в солена морска вода и може да й бъдат открити потребни приложения в доста промишлености.
Why seawater is foamy? The film-thinning behavior between two fast-colliding bubbles has been observed directly using a home-designed instrument
Letter:
Focus:
— Physical Review Letters (@PhysRevLett)
Разтворите с високи концентрации на електролити постоянно създават устойчива пяни, тъй че откривателите от десетилетия подозират, че разтворените електролити по някакъв метод забавят сливането на мехурчета. „ Ефектът обаче си остава тайнственост и доста теории даже допускат, че електролитите би трябвало да форсират сливането на мехурчета “, споделя машинният инженер Бо Лиу от Университета на Алберта в Канада.
Лиу и сътрудниците му подхванали серия опити, с цел да схванат по какъв начин съществуването на електролити въздейства върху сливането на мехурчета. Те потопили края на стъклена капилярна тръба в течност и се образувало въздушно мехурче на върха. След това предиздвикали мехурчето да се спусне надолу със скорост от 3 mm/s, до момента в който се слее с друго мехурче изпод, което било прикрепено към повърхността на силициев диоксид. Използвайки интерферометрия, екипът съумял да мери дебелината на течния филм, разделящ мехурчетата с нанометрова акуратност и да следи по какъв начин тази дебелина понижава до нула.
В чиста вода мехурчетата работят като твърди сфери - доближават се без да трансформират формата си и при контакт се сливат. При мехурчетата в разнообразни електролитни разтвори обаче се следи поразително друг, двуетапен развой на обединение. Отначало повърхностите им се сближили, както в чиста вода. Но откакто дебелината на разделящия фил намаляла до почти 40 нанометра (nm), „ водещите ръбове “ на приближаващите се повърхности се сплескали, като че ли имало някаква отблъскваща мощ. Това пресоване забавило сливането на мехурчетата с от 2 до 14 милисекунди, съгласно опитите извършени със селекция електролити и мехурчета с разнообразни размери.
„ Тези опити са първите, които толкоз ясно демонстрират, че съществуването на електролити забавя сливането на мехурчетата в последния стадий, когато течният филм сред тях става доста тъничък “, споделя Лиу. Но теоретичното пояснение на резултата се оказа по-трудно. Работейки с разнообразни експерти, един от членовете на екипа Роджерио Маника, също от Университета на Алберта, прекарал години в проучване на сливането на мехурчета и по-специално на физиката, влияеща върху това по какъв начин тънкият течен филм може да се оттича. Въпреки това, споделя той, „ нищо от това, с което разполагахме не можеше да изясни следените пробни данни “.
При проучване на резултатите от други опити обаче, Лиу, Маника и техните сътрудници забелязали обилни разлики в измерванията на повърхностното напрежение в няколко електролитни разтвора спрямо това на чистата вода. „ Тези наблюдения ни насърчиха да разработим обстоен математически модел на превозването на електролити в тънкия филм сред сливащи се мехурчета. Използвайки уравнения за динамичност на флуидите, успяхме да опишем по какъв начин потокът от електролити би трябвало да повлияе на повърхностното напрежение във кино лентата “, сподели Маника.
Изследователите открили, че когато дебелината на кино лентата спадне до 30-50 нанометра, има разлика в концентрацията на електролита сред кино лентата и останалата част от течността. Тази разлика генерира дребен градиент на повърхностното напрежение и свързаната мощ, която забавя изходящия поток на течност от кино лентата.
При симулации на уравненията за превозване на електролитите, откривателите открили, че този резултат забавя дренажа на кино лентата задоволително дълго, с цел да забави и самото скъсване на кино лентата - и окончателното обединение на мехурчета - в тъкмо сходство с опитите. „ Накратко, електролитите доста забавят сливането на мехурчетата, като удължават живота на тънкия течен филм “, сподели Лиу.
„ Това изяснява за какво белите, пенести талази се образуват толкоз елементарно в океаните и моретата, които съдържат доста електролити, само че са по-рядко срещани в сладководните реки и езера “, сподели Лиу. „ Това изобретение може да бъде употребявано за бъдещи индустриални потребности. Например в електрохимичното делене на водни молекули за произвеждане на водород. В този развой методите, по които мехурчетата се образуват и сплотяват в разтвор, оказват главно въздействие върху употребяваната сила и върху успеваемостта на производството “, допусна той.
„ Това е елегантно свършена работа “, сподели експертът по материали Адриен Бусониер от Френския народен център за научни проучвания (CNRS) в Париж. Той означи, че механизмът, открит от откривателите, включва резултати както в наномащаба, където обособените йони взаимодействат с тънкия филм, по този начин и в доста по-големия мащаб, в който работят феномените на флуидния поток. „ Този механизъм наподобява повсеместен за другите соли и позволява доста необясними опити, в които вземат участие електролити. “
По темата
Източник: vesti.bg
КОМЕНТАРИ