Científicos de la ESRF, junto con equipos de CEA y CNRS / Sorbonne Université, han encontrado la prueba de una transición de líquido a líquido en azufre y de un nuevo tipo de punto crítico que pone fin a esta transición. Su trabajo se publica en Naturaleza .
En todas partes del entorno, las transiciones de fase ocurren constantemente. Los ejemplos más conocidos de transiciones de fase son cuando el agua cambia de estado de sólido a líquido o de gas a líquido a 0 ° C y 100 ° C, respectivamente, a presión atmosférica. A pesar de la prevalenciaDe estos eventos en la naturaleza, los científicos aún no comprenden completamente cómo ocurren estas transiciones a nivel microscópico.
Entre los muchos casos de transiciones de fase, las que involucran un calor latente y un cambio discontinuo de densidad se denominan de primer orden. Las transiciones de primer orden son muy comunes en el estado sólido e incluyen, por ejemplo, la de grafito adiamante y la transición de semiconductor a metal en silicio.
Sin embargo, durante años nadie pensó que podría haber algún tipo de transición de primer orden que separa dos fases líquidas de la misma sustancia pura e isotrópica. Con el nuevo milenio, las cosas cambiaron. A Naturaleza artículo del año 2000 de Y. Katayama et al., Del sincrotrón japonés Spring-8, dio evidencia de una transición de líquido a líquido en el fósforo. "Fue un avance real, ya que cambió la forma en queEl estado líquido fue percibido por la comunidad científica ", explica Mohamed Mezouar, científico a cargo de la línea de luz ID27 en la ESRF y autor correspondiente de la nueva publicación." Hoy mostramos la segunda evidencia directa de tal transición en azufre líquido ", agrega Mezouar. "Elegimos el azufre porque el azufre y el fósforo exhiben importantes similitudes cuando se someten a altas presiones y temperaturas", explica. "Además, sabía que era un buen candidato ya que ya mostraba una interesante variedad de formas sólidas, moleculares o poliméricas,cristalino o amorfo. El azufre es también uno de los elementos más importantes, siendo utilizado en muchas aplicaciones como neumáticos de caucho, ácido sulfúrico, fertilizantes, etc.
Si los científicos no han podido encontrar pruebas de otra transición líquido-líquido en ningún otro líquido puro y estable desde 2000, es porque este tipo de transformación es escasa y aún no se comprende bien. Los cálculos han predicho que ocurrirán transiciones en hidrógeno líquido, nitrógeno y dióxido de carbono, pero en condiciones de presión y temperatura muy altas, todavía difíciles de sondear. Los experimentos de la publicación actual se llevaron a cabo en ID27, donde el equipo de ESRF, junto con científicos de la CEA y la CNRS / Sorbonne Université en París,aplicó presión al azufre líquido y observó in situ cómo evolucionaba a temperaturas de hasta 1000 grados Celsius y presiones de hasta 20 kilobares ". Los experimentos fueron desafiantes porque tuvimos que confinar el azufre líquido y realizar in situ mediciones cuantitativas de rayos X de alta precisión", explica Laura Henry, estudiante de doctorado en ese momento y primera autora.
Primera evidencia de un punto crítico líquido-líquido: la singularidad de la transición
Después de encontrar la evidencia de la transición líquido-líquido, el equipo se sorprendió. Fréderic Datchi, director de investigación del CNRS en la "Sorbonne Université" recuerda: "De manera completamente inesperada, ahí estaba, encontramos lo que conocemos como 'punto crítico ', una singularidad donde las propiedades físicas cambian drásticamente ". En el punto crítico, el cambio de densidad entre los dos líquidos se desvanece, por lo que uno puede ir continuamente de una fase a la otra. Por más cerca que esté, el sistema" vacila "entre los dos estados, produciendo grandes fluctuaciones de densidad, un fenómeno conocido como opalescencia crítica.Los líquidos supercríticos, es decir, los líquidos presurizados y calentados por encima del punto crítico líquido-gas "normal", se utilizan mucho en la industria química porque son muy buenos disolventes.Por otro lado, el punto crítico que termina una transición líquido-líquido era hasta la fecha solo un objeto teórico.Su existencia en agua líquida fue conjeturada para explicar sus muchas anomalías físicas, y activbuscado en experimentos desde la década de 1990, hasta ahora sin éxito.
Esto constituye así la primera evidencia experimental de la existencia de un punto crítico líquido-líquido en cualquier sistema hasta el momento. Al estar ubicado en un dominio de presión-temperatura accesible por experimento, brinda una oportunidad única para el estudio de fenómenos críticos.asociado a LLT y, por lo tanto, tiene un valor general más allá del sistema de azufre específico.
EBS: llevar las transiciones de fase al siguiente nivel
Con Extremely Brilliant Source, la nueva generación de máquinas de sincrotrón de la ESRF, los experimentos sobre la transición líquido-líquido serán más profundos: el aumento en el flujo de fotones y la coherencia permitirá a los científicos rastrear fenómenos muy rápidos y, por lo tanto, observar elfluctuaciones alrededor del punto crítico.
"En el sentido más amplio, esta investigación puede abrir puertas para comprender la complejidad del estado líquido de otros sistemas importantes como el agua", concluye Mezouar.
Video: http://www.youtube.com/watch?v=2p1krs88ipc&feature=emb_logo
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instalación europea de radiación sincrotrón . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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