Yurii Mongol
10 
3713
321
Jedna kapka rozpouštědla víří jako malá tanečnice na kádinky s vodou a postupně od sebe odstraňuje malé kulaté kousky, dokud nezůstane nic. Někteří, kdo to viděli, si mysleli, že to vypadá jako rotující galaxie nebo nejmenší hurikán na světě. Všichni, kdo to viděli, přemýšleli, co se děje, a to včetně vědců, kteří experiment provedli v roce 2011.
Kouzelná kapka hvězd rozpouštědla v GIF s názvem „Kapka dichlormethanu na vodě, která se spirálovitě vypařuje, jak se vypařuje,“ zveřejnila čtvrtek (11. ledna) na Redditově fóru r / chemická reakce gifů. I přes svou nově objevenou slávu (více než 20 000 upvotů během prvních 24 hodin), GIF pocházel z dokumentu z roku 2011 zveřejněného v německém časopise Angewandte Chemie.
Práce byla jednoduchá: když uvolníte kapičku dichlormethanu (DCM) do kádinky mýdlové vody, vypadá to opravdu, opravdu cool. [Album: Fotografie, které získaly ceny pořízené mikroskopem]
“Je to velmi snadný experiment a velmi komplikovaný jev,” řekl Oliver Steinbock, profesor chemie na Floridské státní univerzitě, a hlavní autor studie. "To nás velmi překvapilo - a stále jsme.".”
Aby zahájil experiment, Steinbock a jeho spoluobčané naplnili několik kádinek různými koncentracemi vody a běžným laboratorním dezinfekčním prostředkem zvaným CTAB. Pomocí pipety přidali do každé kádinky jednu kapku DCM - bezbarvé kapaliny, která se někdy používala jako odmašťovač, a výsledky se natáčely. Každá zkouška trvala celkem asi 20-30 sekund a byla viditelná pouhým okem.
Takže, co se tady děje?
Každá kapka DCM, která má relativně nízký bod varu, se začala odpařovat, jakmile opustila pipetu. Překvapení však začalo, když se kapičky dotkly mýdlové vody.
„DCM má vyšší hustotu než voda, takže byste očekávali, že se okamžitě ponoří,“ řekl Steinbock. "Ale místo toho, jakmile se dotkne vody, její část se rozprostře a vytvoří takový druh filmu, který drží kapičku na hladině vody ... je to jako loď, která drží kapičku na vodě.” (Ačkoli film DCM není ve virovém GIF výše vidět, můžete jej jasně vidět v několika dalších videích experimentu, který Steinbock zveřejnil na YouTube.)
Přes tento film podobný člunu se malá část kapičky začíná potápět. Není vidět z pohledu shora dolů tohoto GIF; jakmile se dotkne vody, vytvoří se pod kapkou malý proud padajících bublin. Padající DCM paprsek pomalu zmenšuje objem kapiček, ale také způsobuje, že se točí. „Je to trochu jako když spláchnete záchod,“ řekl Steinbock. "Voda má tendenci se točit a kroužit. A to vyvolává rotaci kapky, kterou začneme vidět."
Během několika sekund kapička okamžitě vznáší, rotuje a odpařuje se. V důsledku těchto kombinovaných sil se malé kapičky nakonec začnou uvolňovat z okraje větší kapičky. Ale místo toho, aby se sami potápěli, vystřelili radiálně a pohybovali se přímo před povrchem filmu, dokud se sami neodpaří.
„Tyto kapičky jsou samohybné,“ řekl Steinbock. To je způsobeno jevem nazývaným Marangoniho efekt, který uvádí, že kapalina s vysokým povrchovým napětím bude tahat silněji než kapalina s nízkým povrchovým napětím. Tento rozdíl v napětí vytváří sílu v systému, která může vést k pohybu.
Když se DCM v experimentu začíná odpařovat, povrchové napětí kapiček klesá zvnějšku dovnitř. Na okraji velké kapičky se začnou tvořit menší kapičky, dokud relativně vysoké povrchové napětí okolní vody nevytáhne malé kapičky pryč v tom, co volá Steinbock „balistická“ trajektorie. Každá jednotlivá kapička se pohybuje přímo vpřed, dokud její povrchové napětí není stejně nestabilní, což vede k další fragmentaci. Nakonec se kapičky rozpadly tolikrát, že už je nebylo vidět. (Dokument z roku 2017 ve Fyzických recenzních dopisech tento jev dále vysvětluje.)
Tyto a další síly pokračují ve spřádání a zmenšování velké kapičky DCM, dokud najednou neztrácí symetrii a šíleně rozprašuje do úplného odpařování. Proč systém najednou přechází ze stavu zjevné symetrie do úplného entropického chaosu, který zmatuje dokonce i Steinbocka a jeho spoluobčany. Během půl tuctu experimentů nebyli schopni znovu vytvořit přesné vzorce, které vidíme v tomto GIF. „Trochu jsem se odradil, abych pochopil, jak je to opravdu složité,“ řekl Steinbock.
Jakkoli složitá, tato malá kapka rozpouštědla přesto mluvila s něčím vnitřním a čistým v mnoha, kteří to viděli. Jak uvedl uživatel Reddit MurderSlinky: „Nikdy předtím jsem tolik nesouvisel s gifem, jako s tímto malým, nevýznamným bodem kapaliny, který se bezcílně netočí v nekonečném, lhostejném moři a pomalu se nestává ničím.“