Zrnata konvekcija

Ko treseš mešanico oreščkov, se na vrh dvignejo veliki brazilski oreščki. Enak pojav lahko opazimo v sistemih koloidov – disperzijah netopnih delcev v topilu. V takih sistemih težji delci plavajo nad lažjimi, zato temu učinku pravimo tudi pojav brazilskega oreščka. Dosedanje teoretične in numerične raziskave so pokazale, da se pojav lahko zgodi tudi spontano, brez zunanjega dotoka energije – kot na primer tresenja vrečke oreščkov. Teoretične napovedi je poljsko-nizozemska raziskovalna skupina eksperimentalno potrdila in svoje izsledke objavila v reviji PNAS.

Znanstvenice in znanstveniki so raziskovali sistem nabitih koloidov, v katerem sta prisotna zgolj elektrostatski odboj in naključno gibanje delcev. V ta namen so uporabili nabite polimetilmetakrilatne delce različnih premerov. Vmešali so jih v nizko polarno topilo iz cikloheksil bromida. S prvim delom poskusa so potrdili napoved, da do pojava brazilskega oreščka pride, kadar imajo večji oziroma težji delci manjše razmerje med maso in nabojem v primerjavi z razmerjem pri manjših ter lažjih delcih.

V nadaljevanju so opazovali profil gostote koloidne mešanice, ki je pokazal, kako se delci razporedijo po višini sistema pri različnih koncentracijah delcev. Ugotovili so, da je poleg razmerja nabojev delcev zelo pomemben parameter gostota sistema. Pri višjih gostotah imajo delci manj prostora za premikanje in počasna dinamika prepreči, da sistem preide v ravnovesje prerazporejenih koloidov v skladu z učinkom brazilskega oreščka.

Avtorji in avtorice so poudarili, da so mehanizmi nastanka pojava brazilskega oreščka pri zrnatem sistemu oreščkov in sistemu nabitih koloidov različni. Pri mešanici oreščkov manjši delci zapolnijo vrzeli, nastale med tresenjem sistema, in tako potisnejo večje oreščke na vrh. Pri sistemu nabitih delcev pa se pričnejo koloidi naključno gibati zaradi trkov z okoliškimi molekulami. Vsak delec je namreč pozitivno nabit, vendar pa se večji delci z večjim nabojem bolj odbijajo med sabo, zato se navzgor gibajo lažje kot manjši delci.

V prihodnjih študijah bi lahko delo nadgradili z mikroskopskim sledenjem delcem in raziskavo difuzijskih koeficientov sistema. Razumevanje razporejanja delcev vodi do spoznanj denimo o nastanku zvezd ali strukturi zemeljskih plasti. Prav tako je lahko koristno pri filtraciji sedimentov iz vode, ločevanju krvnih celic in stabilnosti suspenzij.

Oreščke je ločevala Tina.

Študija: https://doi.org/10.1073/pnas.2213044120

Vir slike: https://commons.wikimedia.org/