16 Novembre 2021
10:35

Questo straordinario video mostra un effetto che non abbiamo mai visto

Sopra i 193 °C accade qualcosa di inaspettato quando l’acqua incontra un liquido con proprietà chimico-fisiche diverse.
A cura di Valeria Aiello

Gli studiosi lo hanno chiamato “triplo effetto Leidenfrost” e fino ad oggi non era mai stato descritto in nessuno studio scientifico. Lo ha osservato un team di ricerca internazionale guidato dal fisico Felipe Pacheco-Vázquez dell’Università di Puebla, in Messico, che per la prima volta ha riportato cosa accade quando due gocce di liquidi diversi entrano in contatto su una superficie riscaldata a una temperatura significativamente superiore al punto di ebollizione di entrambe. Il fenomeno, che prende il nome dal medico tedesco Johann Gottlob Leidenfrost che nel 1746 diede una spiegazione del comportamento mostrato da due gocce d’acqua, è stato verificato per tutti i diversi tipi di liquidi, purché la temperatura sia molto più alta del punto di ebollizione di ogni specifica sostanza. Ma mai prima d’ora era stato descritto utilizzando due liquidi con proprietà chimico-fisiche diverse.

Come detto, l’effetto si verifica quando due goccioline si incontrato su una superficie calda, proprio come accade mentre si cucina, quando si spruzzano delle goccioline di acqua su una padella rovente: se la temperatura della padella è al di sopra del punto di Leidenfrost, le goccioline di liquido schizzano via, galleggiando sulla superficie metallica sopra uno strato di vapore che le fa evaporare più lentamente di quanto accadrebbe al di sotto del punto di Leidenfront (ma ancora al di sopra della temperatura di ebollizione). In un nuovo studio pubblicato sulla rivista scientifica Physical Review Letters, i ricercatori hanno però mostrato qualcosa di ancora più interessante: questo stesso effetto può verificarsi anche tra due goccioline di liquidi diversi, facendole “rimbalzare” l’una sull’altra. Il fenomeno è stato studiato utilizzando liquidi come acqua, etanolo, metanolo, cloroformio e formammide per verificare il loro comportamento.

Nella dimostrazione, i ricercatori hanno utilizzato una piccola piastra in metallo leggermente concava, riscaldandola a 250 °C (ben al di sopra del punto di ebollizione di tutti i liquidi presi in esame – che andava dai 50 °C dell’acetone ai 146 °C della formammide all’altitudine del laboratorio). Quando le gocce erano di uno stesso liquido o di liquidi con punti di ebollizione simili, queste si sono fuse subito, una volta che sono scivolate l’una sull’altra nel punto più basso della piastra. Altre invece, non lo hanno fatto, iniziando rimbalzare una sull’altra, come mostrato qui sotto nel video:

Le immagini mostrano cosa accade quando una goccia di etanolo (la più piccola, colorata di blu) e una goccia d’acqua (la più grande) si trovano sulla piastra metallica a 250 °C. “Le gocce con grandi differenze nelle proprietà (ad esempio acqua-etanolo o acqua-acetonitrile) rimbalzano tra loro per diversi secondi, o addirittura minuti, mentre evaporano, fino a raggiungere una dimensione critica per infine fondersi” scrive il team di ricerca nello studio. I risultati ottenuti sono stati riassunti nella seguente tabella:

Il comportamento delle gocce di liquido al di sopra del punto di Leidenfrost (c = coalescenza, gocce che si sono unite ; r = rimbalzo, gocce che rimbalzano ; c/r = combinazione di coalescenza e rimbalzo)
Il comportamento delle gocce di liquido al di sopra del punto di Leidenfrost (c = coalescenza, gocce che si sono unite ; r = rimbalzo, gocce che rimbalzano ; c/r = combinazione di coalescenza e rimbalzo)

Il team ha suggerito che questo rimbalzo è in realtà un “triplo effetto di Leidenfrost” che avviene tra le due gocce. “La dinamica di rimbalzo viene prodotta perché le due gocce non sono nello stato di Leidenfrost con il substrato, ma sperimentano anche l’effetto di Leidenfrost tra di loro al momento della collisione – hanno aggiunto i ricercatori – . Questo accade a causa delle loro diverse temperature di ebollizione, per cui la goccia più calda funge da superficie calda per la goccia con il punto di ebollizione più basso, producendo contemporaneamente tre zone di contatto dello stato di Leidenfrost”.

Traiettoria (a sinistra) e istantanee (a destra) di una goccia di acetonitrile (in blu) che rimbalza più volte contro una goccia d’acqua più grande fino a quando le due goccioline si fondono / <em>Phys Rev Lett</em>
Traiettoria (a sinistra) e istantanee (a destra) di una goccia di acetonitrile (in blu) che rimbalza più volte contro una goccia d’acqua più grande fino a quando le due goccioline si fondono / Phys Rev Lett
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