La evaporación de mezclas de dos líquidos crea diseños hipnóticos

Las gotas que contienen líquidos con diferentes tensiones superficiales, como el isopropanol y el etilenglicol (en la imagen), florecen en patrones intrincados a medida que se evaporan.

AP Mouat et al/Cartas de revisión física 2020

Por María Temming

2 de marzo de 2020 a las 6:00 am

Cuando los líquidos que contienen partículas pequeñas se evaporan, esos fluidos a menudo dejan huellas dactilares como anillos de café o redes de whisky (SN: 31/10/19). Pero los líquidos mezclados con otros líquidos dejan sus propios patrones distintivos de residuos.

Una gota en evaporación que contiene dos fluidos puede hacer brotar protuberancias en forma de dedos o una cadena de gotas más pequeñas alrededor de su borde, dependiendo de los líquidos en la mezcla, informan los investigadores el 14 de febrero en PhysicalReview Letters. Los investigadores captaron estos fenómenos en video usando gotitas de isopropanol, un componente del alcohol isopropílico, mezclado con un ingrediente anticongelante llamado etilenglicol u otra sustancia química llamada dodecano. También aparecen patrones similares en otras mezclas de fluidos en evaporación.

Los investigadores depositaron gotas de 1 microlitro de isopropanol, mezcladas con etilenglicol o ordodecano, sobre una superficie lisa. A medida que se esparcía cada gota, el isopropano se evaporaba rápidamente en el borde, donde el charco era más delgado, dejando una mayor concentración de etilenglicol o dodecano alrededor del perímetro del charco.

Ese borde distendido finalmente se astilló en un anillo de gotitas más pequeñas. En las piscinas que contenían etilenglicol, esas gotas se estiraron hacia afuera para crear protuberancias en forma de dedos. En los estanques que contenían dodecano, las gotas formaron un collar de cuentas alrededor del charco.

La diferencia en el patrón del borde del charco surgió de las diferentes tensiones superficiales de los líquidos: la fuerza con la que las moléculas en la superficie de un fluido se adhieren entre sí (SN: 6/12/18). El líquido tiende a fluir hacia regiones con mayor tensión superficial, donde las moléculas ejercen una atracción más fuerte entre sí. "Piense en tira y afloja", dice el coautor Justin Burton, físico de la Universidad de Emory en Atlanta. "Si tienes una tensión superficial más alta en un lado... un equipo de tira y afloja [es] más fuerte que el otro, y luego todo comienza a moverse" en esa dirección.

La tensión superficial del etilenglicol es aproximadamente 2,2 veces mayor que la del isopropanol. Como resultado, gotitas ricas en etilenglicol alrededor del borde de un charco que se evapora arrastran el fluido desde el centro de la piscina hacia afuera, formando protuberancias en forma de dedos. El dodecano, por otro lado, tiene una tensión superficial comparable a la del isopropanol. Así que las gotas alrededor del borde de los charcos que contienen dodecano se quedan quietas.

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AP Mouat et al. Ajuste de la dinámica de la línea de contacto y patrones de deposición en mezclas de líquidos volátiles. Cartas de revisión física. vol. 124, 14 de febrero de 2020. doi:10.1103/PhysRevLett.124.064502.

Anteriormente redactora del personal de ciencias físicas en Science News, Maria Temming es editora asistente en Science News Explores. Tiene una licenciatura en física e inglés y una maestría en escritura científica.

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