Descubren por accidente un nuevo líquido que rompe las leyes de la termodinámica

Un estudiante de grado de la Universidad de Massachusetts (UMass) Amherst, en EEUU, ha descubierto de manera accidental un sorprendente líquido que cambia de forma y parece saltarse las leyes de la termodinámica más aceptadas.

Cada vez que hacemos una vinagreta sin querer estamos poniendo en marcha las leyes de la termodinámica. La emulsión resultante es producto de la relación entre temperatura, la energía y la entropía (la medida del desorden o aleatoriedad de un sistema) de los ingredientes, así como el modo en que interactúan entre ellos.

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Omar Kardoudi

"Imagina tu aliño favorito para ensaladas", explica Thomas Russell, catedrático de Ciencia e Ingeniería de Polímeros de la UMass Amherst y uno de los autores principales del artículo publicado recientemente en Nature Physics. "Se compone de aceite, agua y especias, y antes de verterlo sobre la ensalada, se agita para que todos los ingredientes se mezclen".

Un líquido que cambia de forma

En el ejemplo de la vinagreta, el aceite y el vinagre necesitan una “especia” como la mostaza para estabilizar esa emulsión y evitar que se separe la mezcla. Aparte de para alegrar a la lechuga, este tipo de emulsificaciónes tiene numerosas aplicaciones y se usa en muchas tecnologías.

Sin embargo, Anthony Raykh, estudiante de posgrado de la UMass Amherst, estaba mezclando su ‘vinagreta’ de agua, aceite y partículas magnetizadas de níquel para unos ensayos del laboratorio cuando observó algo que no había visto nunca. Lejos de emulsionar, los ingredientes se separaron rápidamente y cambiaron de forma, desafiando algunos de los presupuestos de las leyes de la termodinámica.

Una reacción sorprendente

Raykh observó que los líquidos se separaron, tomando la forma de un ánfora griega. "Pensé, '¿qué es esto?’. Así que recorrí los pasillos de la facultad de Ciencias de los Polímeros e Ingeniería, llamando a las puertas de mis profesores y preguntándoles si sabían lo que estaba pasando", asegura el estudiante.

Nadie lo sabía. Cada vez que la mezcla se agitaba, siempre volvía a tener la forma de ánfora, por lo que los investigadores comprobaron que se trataba de un mecanismo que se reproduce exactamente igual en las mismas condiciones.

Este extraño fenómeno llamó la atención de Russell y David Hoagland, también catedrático de Ciencia e Ingeniería de Polímeros de UMass Amherst, y el otro autor principal del artículo. "Cuando ves algo que no debería ser posible, tienes que investigar", asegura Russell.

Cómo sucede

Raykh descubrió gracias a una serie de simulaciones que cuando el magnetismo que influye en los dos líquidos es fuerte, puede doblar el límite de los líquidos en una curva e interrumpir la emulsificación descrita por las leyes de la termodinámica.

Los investigadores atribuyen este fenómeno a las interacciones magnéticas dipolares atractivas entre las partículas ferromagnéticas. Es decir, a que cada partícula actúa como un pequeño imán que provoca la atracción entre sí del resto de partículas cuando se alinean de una manera específica. Esa atracción mutua da lugar a una unión fuerte y organizada en la interfase líquida, lo que provoca la supresión de la emulsificación y la estabilidad de la nueva formación.

Aunque el descubrimiento no tiene una aplicación práctica inmediata, los investigadores creen que su artículo puede ayudar a entender cómo pueden utilizarse las partículas magnéticas para controlar el comportamiento de las interfaces líquidas.

"Cuando se observan muy de cerca las nanopartículas individuales de níquel magnetizado que forman el límite entre el agua y el aceite, se puede obtener información extremadamente detallada sobre cómo se ensamblan las distintas formas”, explica Hoagland. "En este caso, las partículas están magnetizadas con la fuerza suficiente para que su unión interfiera en el proceso de emulsificación, que describen las leyes de la termodinámica".