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  • Investigador explora la congelación por contacto del agua a nanoescala

    Crédito:Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Yale

    A nanoescala, el agua se congela de varias formas, y no todos se comprenden completamente. Entre otros beneficios, manejar mejor estos procesos podría significar grandes mejoras en la predicción del tiempo.

    Con ese fin, el laboratorio de Amir Haji-Akbari, profesor asistente de ingeniería química y ambiental, se ha centrado en un proceso particularmente rápido conocido como congelación por contacto, en el que un superenfriamiento (por debajo del punto de congelación, pero sin congelar) una gota de líquido en la atmósfera choca con una partícula nucleante, es decir, una partícula que facilita la congelación de un líquido que entra en contacto con ella. La congelación ocurre mucho más rápido que el proceso de congelación por inmersión, una situación más común en la que una partícula nucleante ya está dentro de una gota de líquido cuando la temperatura disminuye.

    Los resultados se publicaron recientemente en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense .

    Exactamente por qué ocurre la congelación por contacto y tan rápidamente ha sido una pregunta de larga data entre los científicos. En un punto, Los científicos creían que la congelación fue inducida por efectos transitorios causados ​​por la colisión. Una teoría posterior postuló que la congelación fue acelerada por lo que se conoce como línea de contacto. Ahí es cuando una partícula se expone a tres fases de la materia:vapor líquido y una partícula sólida. Experimentos aunque, mostró que ninguno de estos era la respuesta.

    Estudios más recientes sugirieron que la congelación ocurre simplemente cuando las superficies de dos partículas están muy cerca una de la otra. Haji-Akbari probó esto con una técnica que desarrolló recientemente llamada muestreo de flujo hacia adelante con saltos, que explica con precisión el progreso de un sistema, como la formación de hielo o nieve, aunque los patrones pueden cambiar significativamente en un corto período de tiempo. Al hacerlo, su equipo de investigadores demostró que la proximidad de las superficies es suficiente para inducir la congelación, pero solo en determinadas circunstancias. Específicamente, ocurre solo cuando hay un líquido que tiende a congelarse en la superficie.

    "Lo que mostramos es que para que ocurra esta nucleación más rápida, la congelación junto a la interfaz vapor-líquido también tiene que ser más rápida, incluso si no hay partículas dentro de esta gota, ", dijo. De hecho, demostraron que esta nucleación ocurre aún más rápido en películas ultrafinas del líquido de congelación de la superficie.

    Haji-Akbari dijo que los enfoques teóricos que utilizaron para este estudio se pueden aplicar para comprender otros procesos de congelación, conduciendo a información que podría resultar en mejores predicciones meteorológicas y proporcionar información valiosa para los científicos de materiales.

    "Varios componentes de estos eventos de congelación no se comprenden bien, incluida la congelación por contacto, ", dijo." Así que el siguiente paso en nuestro trabajo es poder construir mejores modelos, lo que podría resultar en predicciones más precisas o fiables ".


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