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30 de septiembre de 2023

Especialistas del CONICET participaron en un estudio que logró crear líquidos con alta compresibilidad

Por: Carlos Rodriguez

El equipo científico utilizó nanopartículas “porosas” para reducir el volumen del agua hasta veinte veces.

A diferencia de los gases, los líquidos no se pueden comprimir o pueden comprimirse muy poco. Al menos esto es lo que se afirma en los libros de física o química. Sin embargo, un equipo internacional de investigación, en el que participaron científicos del CONICET, logró, mediante la utilización de nanopartículas “porosas”, producir líquidos con alta compresibilidad. El estudio fue publicado en Advanced Materials y destacado en la revista Nature.

“Normalmente los líquidos no son compresibles, no se les puede cambiar el volumen y eso es porque las moléculas que los componen están muy cerca unas de otras”, afirma Mario Del Pópolo, investigador del CONICET en el Instituto Interdisciplinario de Ciencias Básicas (ICB, CONICET-UNCUYO) y docente de la Facultad de Ciencias Exactas de la Universidad Nacional de Cuyo. “Nuestra idea era aumentar la compresibilidad de los líquidos introduciéndoles partículas con ´huecos´, que por su naturaleza química son hidrofóbicas”, agrega el científico sobre el trabajo que fue realizado con agua y logró reducir el volumen del líquido hasta veinte veces, en determinados rangos de presión.

Las nanopartículas porosas utilizadas en el experimento poseen cavidades internas en su estructura que les permiten actuar como contenedoras de otras moléculas. Al aplicar una gran presión, la hidrofobicidad de las cavidades de las partículas se vence y permite el ingreso de agua en esos “poros”. “Al tener las partículas huecas en el líquido hay una cierta cantidad de espacio vacío disponible y luego de ser sometido a presión, los huecos que antes estaban vacíos pasan a estar ocupados por agua, produciendo un cambio en el volumen del líquido. La compresión de la sustancia dependerá de la cantidad de partículas presentes”, detalla el investigador.

El proceso ocurre en lo que en física y química se denomina “coloide” y, en este caso, se trata de una suspensión donde se mezcla el agua con las partículas porosas, que luego son dispersadas de manera homogénea por ultrasonido.

Los científicos señalan que los líquidos por sí mismos son prácticamente incompresibles y que solo es posible desviarse de ese comportamiento añadiendo este tipo de partículas. En este sentido, otra de las novedades que aporta la investigación es que demuestra que el rango de presión y de compresión son ajustables, dependiendo de qué otros elementos se agreguen a la sustancia: “En este trabajo describimos, además, cómo hacer para modificar la presión a la cual entra el líquido, porque si fuese agua pura la presión es muy alta, pero si, además de las partículas, al agua se le agrega metanol se reduce la presión necesaria, pero si se agrega sal, aumenta. Lo novedoso del trabajo es que uno puede controlar la concentración de aditivos como sal, alcohol, entre otros, en el líquido para modificar la presión a la que entra el agua, y saber cuáles son los mecanismos que provocan ese cambio”, explica el científico.

También, el estudio describe que el proceso puede ser reversible o irreversible y eso depende de la naturaleza química de las partículas. “Lo interesante que tienen este tipo de sistemas es que el líquido se puede recuperar. Si se quita la presión, y se espera un tiempo razonable, el agua sale de las cavidades y el líquido vuelve a su volumen original. El proceso es netamente físico y no produce modificaciones químicas apreciables en las partículas”, dice Sergio Fonrouge, becario doctoral del CONICET en el ICB y otro de los científicos argentinos involucrados en el experimento.

El estudio cambia el paradigma sobre la incompresibilidad de los líquidos y aporta datos sobre potenciales aplicaciones industriales que podrían estar relacionadas con la amortiguación o la absorción de impactos. Por lo pronto, los investigadores continúan trabajando para entender cómo funciona el proceso a nivel molecular. “Nuestro trabajo es simular el proceso y el comportamiento de las moléculas adentro de este material. Seguimos trabajando en eso. Todavía quedan muchas preguntas por responder”, concluye Del Pópolo.

 

Referencia bibliográfica

Beibei Lai, Siyuan Liu, John Cahir, Yueting Sun, Haixia Yin, Tristan Youngs, Jin-Chong Tan, Sergio F. Fonrouge, Mario G. Del Pópolo, José L. Borioni, Deborah E. Crawford, Francesca M. Alexander, Chunchun Li, Steven E. J. Bell, Barry Murrer, Stuart L. James (2023) Liquids with High Compressibility. Advanced Materials https://doi.org/10.1002/adma.202306521

Nature highlighthttps://www.nature.com/articles/d41586-023-03032-3?WT.ec_id=NATURE-202309&sap-outbound-id=B6035F9EA44B564E3E3212EE7E7BFA2112A88757

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