Un nuevo estudio de dinámica de evaporación encuentra que las gotas muy pequeñas se evaporan más lentamente de lo que predicen los modelos actuales. Investigadores del Instituto de Química Física de la Academia de Ciencias de Polonia (IPC PAS) en Varsovia, en cooperación con el Instituto de Física del PAS (IP PAS), han descrito el curso de la evaporación de gotitas de tamaño micrométrico y nanométrico. El resultado de la investigación, presentado en la revista Materia blanda , es una ecuación que predice con precisión el curso de la evaporación de gotas de diferentes tamaños y fluidos. La ecuación tiene muchas aplicaciones, incluida la construcción de modelos climáticos más precisos y el diseño de motores de combustión interna o unidades de refrigeración más eficientes.

"A primera vista, la desaceleración de la evaporación de las gotas pequeñas puede parecer un efecto de poca importancia. Sin embargo, cada gota que se evapora en el medio ambiente primero ha tenido que disminuir al tamaño de micrómetros y luego nanómetros, y así ha pasado por una fase de evaporación retardada, "dice el profesor Robert Holyst (IPC PAS), y señala que esa dinámica da forma al clima de la Tierra en las nubes atmosféricas. "Si tenemos en cuenta que el clima es un estado de cierto equilibrio dinámico en el medio ambiente que se ve perturbado con relativa facilidad incluso por factores aparentemente menores, luego, la desaceleración de la velocidad de evaporación de las pequeñas gotas pasa de ser un problema a escala de laboratorio a un fenómeno global ".

Durante la evaporación, El flujo de calor entre la gota y el medio ambiente juega un papel clave. En publicaciones anteriores, Los físicos de IPC PAS e IP PAS demostraron que la evaporación comienza a ocurrir incluso cuando las diferencias de temperatura local son solo diez milésimas de Kelvin. Sin embargo, el transporte de energía entre el líquido y el medio ambiente no siempre tiene que estar relacionado con la existencia de un gradiente de temperatura.

"Cuando una molécula de gas se acerca a la superficie de un líquido a una distancia de varias a una docena de caminos libres, virtualmente deja de chocar con otras moléculas en su entorno. En este punto, una descripción típica del fenómeno por medio de la termodinámica ya no es suficiente. Cerca de la superficie del líquido, el transporte de energía se realiza de manera diferente, balísticamente. La molécula de gas simplemente toma su energía y golpea la superficie, a veces varias veces, "dice el Dr. Marek Litniewski (IPC PAS), coautor de la investigación.

La longitud media del camino libre de una molécula en el aire (es decir, desde la colisión con una molécula hasta la colisión con la siguiente) es de hasta 70 nm. Durante la evaporación, la transferencia balística de energía comienza a desempeñar un papel para las moléculas de gas a micrómetros de distancia de la superficie de la gota, que en la escala del fenómeno debe considerarse como un valor relativamente grande. Surge la pregunta:cuánta energía se puede transmitir de esta manera, ¿y cómo? Aunque una sola molécula de gas choca con una sola molécula de líquido, este último está acoplado más fuerte o débilmente con sus vecinos cercanos y más lejanos. Como resultado, la colisión se produce entre muchos cuerpos y su descripción teórica se vuelve compleja.

"Si la gota es grande, su superficie desde el punto de vista de la molécula de gas será prácticamente plana. Por lo tanto, cuando tal molécula rebota en la superficie, puede chocar con otra molécula de gas cercana y volver a golpear la superficie, depositando otra porción de energía en él. La situación cambia cuando la gota disminuye de tamaño y su superficie se vuelve cada vez más curvada. La partícula luego rebota en la superficie generalmente una vez, después de lo cual vuela hacia el espacio. Por tanto, la transferencia de energía al interior del líquido es menos eficaz. Como resultado, las gotas se evaporan más lentamente cuanto más pequeñas son, y el proceso se puede ralentizar al menos varias veces, "explica el Prof. Holyst.

Los análisis y simulaciones por computadora fueron apoyados por experimentos realizados en IP PAS por el Dr. Daniel Jakubczyk. En condiciones cuidadosamente controladas, Se midieron varias tasas de evaporación de una sola gota. Los experimentos se realizaron para gotas de varios tamaños y para líquidos que incluían agua y etilenglicol. Resultó que el modelo propuesto por los físicos del IPC PAS describía en todos los casos con precisión el curso del fenómeno. Para estimar qué tan rápido se evaporaría una gota, bastaba con proporcionar sólo dos parámetros:la masa de la sustancia y la entalpía de evaporación.

"La evaporación tiene lugar a nuestro alrededor, siempre y en todas partes. La ciencia lo ha estado estudiando durante más de 120 años, y pensamos que lo comprendemos bien. Sin embargo, cuando miramos los detalles del proceso de evaporación, de repente vemos cuánto nos hemos perdido. Esto nos enseña humildad y nos anima a realizar más investigaciones, "concluye el Prof. Holyst.