Nova Lei na área de Físico-Química é estabelecida

 
A separação de fases é um dos mais fundamentais fenômenos e presente em todos os ambientes e em grande parte dos sistemas. Em geral, separações de fase começam de uma escala dimensional molecular, e então o tamanho característico dos domínios fase-separados cresce com o tempo para uma escala macroscópica. O mais comum exemplo que pode ser citado e experienciado por todos diariamente é a separação entre óleo e água, formando duas fases distintas, com a substância mais densa sob a menos densa. Nesse processo, os dois líquidos imiscíveis inicialmente misturados espontaneamente se "desmisturam". Na maioria dos casos a fase minoritária sempre forma gotículas.

No entanto, se uma fase possui dinâmicas muito mais lentas do que a outra fase, mesmo a fase minoritária forma complexas redes ao invés de gotículas. Para exemplificar, na separação de fase de suspensões coloidais envolvendo proteínas, a fase rica em coloides (rica em proteínas) com lentas dinâmicas forma uma ampla estrutura de rede. A estrutura de rede fica mais espessa ao longo do tempo enquanto exibe a notável propriedade de parecer similar ao longo de uma faixa de escalas dimensionais, de modo que as partes individuais fiquem similares ao todo.

Os mecanismos físicos que descrevem as dinâmicas de separação de fase são representados por uma lei de potência (y=ax^k, onde a e k são constantes) de crescimento do característico tamanho do domínio, no caso a partir da expressão 'ℓ proporcional a t^ν', onde t é o tempo decorrido e ℓ o tamanho característico dos poros. Para mecanismos de separação de fase por gotículas, como evaporação-condensação ou coagulação-Browniana, v=1/3, enquanto que para separação de fase bicontínua (espessamento hidrodinâmico), v=1. Porém, para separação de fase formando complexas redes, as quais estão bem abaixo do ponto crítico, não existe definida uma lei de potência.

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Em um estudo publicado esta semana no periódico Nature Communications (1), pesquisadores da Universidade de Tóquio, realizando simulações computacionais de dinâmicas moleculares e de hidrodinâmicas envolvendo fluído em um gás e líquido e a desmistura de uma suspensão coloidal consistindo de partículas insolúveis e um líquido, encontraram que a separação de fases envolvendo complexas redes é controlada por relaxação mecânica da fase densa, cujo processo limitador é o fluxo de permeação do solvente para suspensões coloidais e transporte de calor para fluídos puros. Nesse sentido, eles chegaram na lei de potência  ℓ proporcional a t^1/2. A proposta teórica mostrou ter aplicabilidade universal.

Vários dispositivos, como baterias recarregáveis e catalisadores, se baseiam na criação de complexas redes porosas de separação de fases, e, nesse sentido, a nova lei físico-química pode levar a avanços na área. Além disso, pode ajudar também na investigação de processos biológicos, já que certas funções celulares têm sido hipotetizadas de serem controladas por separações biológicas internas de fase.

(1) Publicação do estudo: https://www.nature.com/articles/s41467-020-20734-8