Znacie zjawisko Leidenfrosta? Na wideo uwieczniono jego nieznaną do tej pory formę

W połowie XVIII wieku Johann Gottlob Leidenfrost opisał zjawisko, które zostało później nazwane na jego cześć. Polega ono na opóźnionym parowaniu cieczy w kontakcie z rozgrzaną powierzchnią.

Felipe Pacheco-Vázquez z University of Puebla oraz jego współpracownicy postanowili zwrócić uwagę na różnego rodzaju ciecze, między innymi wodę, etanol, metanol, chloroform i formamid. Chcieli w ten sposób sprawdzić, jak będzie przebiegało w ich przypadku zjawisko Leidenfrosta oraz czy możliwe będzie łączenie dwóch kropel z różnych cieczy czy też będą się one od siebie odbijać.

Czytaj też: Mikroskopia rentgenowska weszła na nowy poziom. Naukowcy pobili rekord

Jeśli chodzi o sam efekt, to mogliście go doświadczyć na przykład po umieszczeniu kilku kropel wody na rozgrzanej patelni. Mając kontakt z jej powierzchnią, krople zaczynają „tańczyć” i podskakiwać. W rzeczywistości prześlizgują się one po patelni, unosząc się na cienkiej warstwie pary wodnej. Jest to możliwe dzięki sytuacji, w której ciecz (w tym przypadku woda) zostaje na krótki czas podgrzana do wartości przekraczającej jej temperaturę wrzenia.

W związku z tym zespół Pacheco-Vázqueza postanowił podgrzać różne ciecze za pośrednictwem płytki rozgrzanej do 250 stopni Celsjusza. Taka wartość była znacznie wyższa od progu wrzenia każdej z substancji, choć te różniły się między sobą. Na przykład do wrzenia acetonu wystarczy temperatura rzędu 50 stopni Celsjusza, podczas gdy formamid wrze przy 146 stopniach. Na tym etapie eksperyment niespecjalnie się wyróżniał.

Zjawisko Leidenfrosta zostało po raz pierwszy opisane w połowie XVIII wieku

Kolejny był jednak znacznie bardziej interesujący. Naukowcy postanowili bowiem przekonać się, jak zareagują ze sobą duety różnych cieczy. Aby je rozróżnić, jedna kropla były przezroczysta, natomiast druga – zabarwiona. Okazało się, iż w przypadku tych samych cieczy, bądź takich o podobnych temperaturach wrzenia, ich łączenie przebiegało niemal natychmiast. Inne również tego dokonywały, lecz zajmowało im to więcej czasu.

Autorzy badania opisali swoje dokonania na łamach Physical Review Letters. Z artykułu wynika, że zaobserwowane przez nich odbijanie się kropel jest przykładem potrójnego zjawiska Leidenfrosta, w którym krople nie tylko wytwarzają izolującą warstwę pary względem rozgrzanej powierzchni, ale również względem drugiej z kropel. Jak wyjaśnili naukowcy, dzieje się tak z powodu różnych temperatur wrzenia tych cieczy. W efekcie gorętsza kropla działa na chłodniejszą niczym rozgrzana powierzchnia dla pojedynczej kropli. Powstają wtedy trzy strefy kontaktu, a więc i potrójne zjawisko Leidenfrosta.

Czytaj też: Kryształ Wignera – fizycy zrobili mu pierwsze zdjęcie

Bezpośrednia koalescencja trwa kilka milisekund i obserwowaliśmy ją głównie w przypadku kropel tej samej cieczy (np. woda-woda) lub cieczy o podobnych właściwościach (np. etanol-izopropanol). […] Dla porównania, krople z dużymi różnicami w zakresie właściwości (np. woda-etanol lub woda-acetonitryl) odbijają się przez kilka sekund, a nawet minut, nieustanie parując, aż do osiągniecia rozmiaru, przy którym może zajść koalescencja.