Un conjunto que consiste en una mezcla binaria de partículas de igual tamaño puede dividirse en sus fracciones componentes, siempre que las dos especies difieran en sus constantes de difusión.
Si agita una lata de nueces mixtas antes de abrirla, puede contar con encontrar las nueces en la parte superior y los cacahuetes en la parte inferior. Este es un ejemplo cotidiano de la mezcla "espontánea" de partículas de tamaño heterogéneo, conocido popularmente comoEl efecto de la nuez de Brasil. El fenómeno se observa en todos los sistemas granulares que consisten en partículas de tamaños desiguales, donde la imposición de una fuerza no dirigida da como resultado movimientos activos aleatorios de sus componentes. Sin embargo, las simulaciones por computadora realizadas por un grupo dirigido por Ludwig-Maximilans-El físico de la Universitaet LMU en Munich, Erwin Frey, ha demostrado que las mezclas de partículas de igual tamaño en solución se resolverán por sí mismas, siempre que los componentes difieran en difusividad ". Basado en los resultados de nuestras simulaciones, ahora proporcionamos una explicación teórica para esto.fenómeno, que nunca se ha investigado antes. Nuestro modelo indica que los movimientos aleatorios de las partículas involucradas juegan un papel importante en el proceso de desmezcla ", diceFreyEl nuevo estudio aparece en la revista Cartas de revisión física.
Las sustancias solubles normalmente se distribuyen uniformemente en todo el medio disolvente, gracias a la difusión molecular pasiva. La velocidad a la que esto ocurre depende de la constante de difusión de la molécula en cuestión, cuya magnitud aumenta con la temperatura. En las mezclas que han alcanzado el equilibrio térmico,las partículas de igual tamaño normalmente exhiben la misma constante de difusión. "Estábamos interesados en lo que sucede cuando las partículas de igual tamaño difieren en sus constantes de difusión", dice Simon Weber, primer autor del nuevo artículo. Dado que tal situación solo puede surgir en-sistemas de equilibrio que contienen partículas activadas, elegimos un sistema en el que algunas de las partículas exhiben movimiento activo irregular. Estos movimientos se caracterizan por su llamada longitud de persistencia, que describe la longitud promedio del recorrido atravesada por una partícula en una dirección dadaantes de que avance en una dirección diferente "
Las simulaciones de movimientos de partículas en un sistema de este tipo indican que una mezcla binaria que consiste en partículas 'calientes' que se mueven rápidamente y partículas 'frías' que se difunden pasivamente sufrirá una división espontánea si la longitud de persistencia de las partículas autopropulsadas es muy corta.el caso de las células bacterianas móviles, por ejemplo, para las cuales la longitud de persistencia es menor que el diámetro de la célula ". El desmezclado ocurre porque las partículas pasivas son constantemente sacudidas por las especies activas", explica Frey. "Esto resulta en una atracción efectiva entrelas partículas pasivas, de modo que, a largo plazo, se congregan en un solo grupo. Las partículas activas se distribuyen uniformemente alrededor del grupo, esencialmente actuando como una jaula dentro de la cual está confinado el grupo.
Sin embargo, el efecto de fraccionamiento solo se observa si tanto el número total de partículas como la diferencia entre las constantes de difusión de las especies de partículas son lo suficientemente grandes, e incluso entonces, el desmezclado es un proceso lento ". Lleva mucho tiempo parauna población de partículas que se distribuirán uniformemente en un volumen de espacio dado por medio del movimiento difusivo. Y el hecho de que los movimientos difusivos de las partículas pasivas son principalmente impulsados por colisiones con las partículas activas hace que el proceso sea aún más lento ", dice Weber."Creemos que la razón por la cual este tipo de formación de conglomerados por las partículas pasivas nunca se ha informado antes es que las simulaciones relevantes se interrumpieron demasiado pronto". El próximo capítulo de esta historia se ocupará de la verificación experimental del efecto predichopor las simulaciones descritas en el nuevo artículo.
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Materiales proporcionado por Ludwig-Maximilians-Universitaet Muenchen LMU . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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