Cuando Einstein estaba trabajando para obtener su doctorado, fue uno de los primeros en explicar cómo las partículas exhiben movimientos aleatorios en los fluidos. La difusión es un proceso físico importante y la relación de Stokes-Einstein describe cómo las partículas se difunden a través de un fluido basado en la teoría hidrodinámica.Pero misteriosamente a bajas temperaturas por debajo de la temperatura de fusión, algo cambia en los líquidos sobreenfriados y el comportamiento vítreo altamente viscoso resultante ya no puede explicarse por la simple relación de Stokes-Einstein.
Ahora, dos investigadores de la Universidad de Osaka y la Universidad de Nagoya han simulado agua sobreenfriada en detalles sin precedentes para explicar el comportamiento anómalo a bajas temperaturas. Recientemente publicaron sus hallazgos en Avances científicos .
"La mayoría de los líquidos obedecen la ecuación de Stokes-Einstein en un amplio rango de temperaturas, pero se encuentran algunos cambios inesperados en el comportamiento del agua sobreenfriada y otros materiales vítreos", dice el coautor Kang Kim, de la Universidad de Osaka. "Desglose de Stokes-El comportamiento de Einstein sugiere algún tipo de movimientos moleculares anómalos incluso en estado líquido, pero no está claro cuáles son esos comportamientos ".
La relación simple de Stokes-Einstein se basa en argumentos sobre cómo las moléculas se mueven aleatoriamente a nivel microscópico. Pero en el agua sobreenfriada, las moléculas comienzan a disminuir lentamente. Los investigadores mostraron a través de simulaciones que algunas regiones del agua se ven afectadas más que otras, formando enlaces de hidrógeno heterogéneamente con solidificación parcial.
Las moléculas de agua se mueven a través del agua superenfriada viscosa en saltos relacionados con la ruptura de enlaces de hidrógeno. La ecuación de Stokes-Einstein no tiene en cuenta el momento errático de este tipo de movimiento.
Sus simulaciones les permitieron examinar cómo la red de enlace de hidrógeno en agua sobreenfriada cambió con el tiempo. Su modelado mostró claramente que los tiempos de ruptura intermitentes del enlace de hidrógeno contribuyeron al colapso del comportamiento de Stokes-Einstein.
"Hay implicaciones físicas interesantes de estos hallazgos ya que la violación de Stokes-Einstein se considera una anomalía hidrodinámica de muchos sistemas de materiales vítreos", dice Kim. "Nuestras simulaciones ayudan a responder preguntas sobre lo que sucede en agua pura sobreenfriada y también podríanayuda a explicar otros comportamientos dinámicos en otros materiales vítreos tecnológicamente importantes "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Osaka . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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