Verdampfende Mischungen zweier Flüssigkeiten erzeugen hypnotische Designs

Tröpfchen, die Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Oberflächenspannungen wie Isopropanol und Ethylenglykol (siehe Abbildung) enthalten, bilden beim Verdampfen komplizierte Muster.

AP Mouat et al/Physical Review Letters 2020

Von Maria Temming

2. März 2020 um 6:00 Uhr

Wenn Flüssigkeiten, die kleine Partikel enthalten, verdunsten, hinterlassen diese Flüssigkeiten oft Fingerabdrücke wie Kaffeeringe oder Whiskey-Spinnen (SN: 31.10.19). Aber mit anderen Flüssigkeiten vermischte Flüssigkeiten hinterlassen ihre eigenen, deutlichen Rückstandsmuster.

Ein verdampfendes Tröpfchen, das zwei Flüssigkeiten enthält, kann je nach den Flüssigkeiten in der Mischung fingerartige Vorsprünge oder eine Kette kleinerer Tröpfchen um seinen Rand sprießen lassen, berichten Forscher vom 14. Februar in PhysicalReview Letters. Die Forscher fingen diese Phänomene auf Video auf, indem sie Tröpfchen von Isopropanol, einem Bestandteil von Reinigungsalkohol, verwendeten, die entweder mit einem Frostschutzmittel namens Ethylenglykol oder einer anderen Chemikalie namens Dodecan gemischt wurden. Ähnliche Muster treten auch bei anderen verdampfenden Flüssigkeitsmischungen auf.

Die Forscher trugen 1-Mikroliter-Tropfen Isopropanol, gemischt mit Ethylenglykol oder Dodecan, auf eine glatte Oberfläche auf. Während sich jeder Tropfen ausbreitete, verdampfte das Isopropanol schnell am Rand, wo die Pfütze am dünnsten war – und hinterließ eine höhere Konzentration von entweder Ethylenglykol oder Dodecan am Rand der Pfütze.

Dieser sich ausdehnende Rand zersplitterte schließlich in einen Ring kleinerer Tröpfchen. In Pools, die Ethylenglykol enthielten, dehnten sich diese Tröpfchen nach außen und bildeten fingerartige Vorsprünge. In den Dodecan-haltigen Tümpeln bildeten die Tröpfchen eine Perlenkette um die Pfütze.

Der Unterschied im Muster der Pfützenränder ist auf die unterschiedlichen Oberflächenspannungen der Flüssigkeiten zurückzuführen – wie fest Moleküle auf der Oberfläche einer Flüssigkeit aneinander haften (SN: 06.12.18). Flüssigkeit neigt dazu, in Bereiche mit höherer Oberflächenspannung zu fließen, in denen Moleküle eine stärkere Anziehungskraft aufeinander ausüben. „Denken Sie an Tauziehen“, sagt Co-Autor Justin Burton, Physiker an der Emory University in Atlanta. „Wenn man auf einer Seite eine höhere Oberflächenspannung hat … ist ein Tauziehen stärker als das andere, und dann beginnt sich alles zu bewegen“ in diese Richtung.

Die Oberflächenspannung von Ethylenglykol ist etwa 2,2-mal so hoch wie die von Isopropanol. Dadurch ziehen ethylenglykolreiche Tröpfchen am Rand einer verdunstenden Pfütze Flüssigkeit von der Mitte des Beckens nach außen und bilden fingerartige Vorsprünge. Dodecan hingegen hat eine Oberflächenspannung, die mit der von Isopropanol vergleichbar ist. So bleiben die Tröpfchen am Rand dodekanhaltiger Pfützen liegen.

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AP Mouat et al. Abstimmung der Kontaktliniendynamik und Ablagerungsmuster in flüchtigen Flüssigkeitsmischungen. Briefe zur körperlichen Untersuchung. Bd. 124, 14. Februar 2020. doi:10.1103/PhysRevLett.124.064502.

Maria Temming war zuvor Redakteurin für Naturwissenschaften bei Science News und ist stellvertretende Redakteurin bei Science News Explores. Sie hat einen Bachelor-Abschluss in Physik und Englisch sowie einen Master-Abschluss in wissenschaftlichem Schreiben.

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