Изключение от законите на термодинамиката: Възстановяваща формата си течност

Изненадващото откритие на "възстановяваща формата си течност" противоречи на някои дългогодишни очаквания, произтичащи от законите на термодинамиката. 

В изследването, публикувано в Nature Physics, подробно се описва смес от масло, вода и намагнетизирани частици, която при разклащане винаги бързо се разделя на нещо, което прилича на типичните за гръцката урна извити линии.

"Представете си любимия си италиански дресинг за салата", обяснява Томас Ръсел (Thomas Russell), почетен професор по полимерна химия и инженерство в Университета в Амхърст (UMass Amherst) и един от водещите автори на статията. "Той е съставен от зехтин, оцет, вода и подправки и преди да го излеете върху салатата си, го разклащате, така че всички съставки да се смесят."

Именно тези подправки, тези малки парченца нещо друго, позволяват на водата и маслото, които обикновено се разделят, да се смесят - процес, наречен емулгиране, който се описва от законите на термодинамиката.

Емулгирането е в основата на огромен набор от технологии и приложения, които далеч надхвърлят подправките, и един ден дипломантът от Университета в Амхърст Антъни Рейх (Anthony Raykh) забърква в лабораторията партида от този научен "салатен дресинг", за да види какво може да създаде - само че вместо подправки използва намагнетизирани частици никел, "защото могат да се създадат всякакви интересни материали с полезни свойства, когато течността съдържа магнитни частици", разказва Рейх.

Той направил своята смес, разклатил я - "и за пълна изненада сместа образувала тази красива, безупречна форма на гръцка ваза". Без значение колко пъти или колко силно разклащал, формата на урната винаги се връщала.

Рейх и колегите му открили, че силно намагнетизираните частици могат да изкривят законите на термодинамиката. Кредит: UMass Amherst

Заинтригуван, Рейх пита своите професори, дали знаят какво се случва, но никой не знае. Но това привлича вниманието на Томас Ръсел (Thomas Russell) и Дейвид Хоугланд (David Hoagland), професор по полимерни науки и инженерство в Университета в Амхърст, другият старши автор на статията и специалист по меки материали.

Екипът провежда експерименти и се свързва с колеги от университетите Тъфтс и Сиракуза, за да конструират симулации. Заедно съвместните усилия установяват, че магнетизмът, "силният" магнетизъм, обяснява необяснимото явление, открито от Рейх.

"Когато се вгледате много внимателно в отделните наночастици от намагнетизиран никел, които образуват границата между водата и зехтина", разказва Хогланд, "може да получите изключително подробна информация за това как се сглобяват различните форми. В този случай частиците са намагнетизирани достатъчно силно, за да може тяхното сглобяване да попречи на процеса на емулгиране, който се описва от законите на термодинамиката."

Обикновено частиците, добавени към смес от масло и вода, намаляват напрежението на границата между двете течности, което им позволява да се смесят. Но при един обрат, частиците, които са достатъчно силно намагнитизирани, всъщност увеличават междуфазовото напрежение, като изкривяват границата между маслото и водата в изящна крива.

"Когато видиш нещо, което не би трябвало да е възможно, трябва да го проучиш", коментира Ръсел.

Въпреки че все още няма приложение за неговото ново откритие, Рейх се вълнува да види как това невиждано досега състояние може да повлияе на областта на физиката на меката материя.

Справка: Shape-recovering liquids, Nature Physics (2025). DOI: 10.1038/s41567-025-02865-1. www.nature.com/articles/s41567-025-02865-1

Източник: An exception to the laws of thermodynamics: Shape-recovering liquid defies textbooks, University of Massachusetts Amherst

Още по темата

14/11/2024

Физика

Интелигентен метод за разделяне на нефт и вода с чистота 99,9 %

30/09/2022

Физика

Самосглобяването на частици е издигнато на ново ниво, имитирайки биологията

10/09/2019

Животът

Витамин Е може да бъде абсорбиран и без прием на мазна храна веднага

01/03/2019

Физика

Ще можем ли да оцветяваме без химия, като крилата на пеперудите (видео)