La cristalización es el fenómeno físico de la transformación de moléculas desordenadas en una fase líquida o gaseosa en un cristal sólido altamente ordenado a través de dos etapas: nucleación y crecimiento. La cristalización es muy importante en materiales y ciencias naturales porque ocurre en una amplia gama demateriales, incluidos metales, compuestos orgánicos y moléculas biológicas, por lo que es deseable comprender este proceso de manera integral.
Los coloides que consisten en esferas duras suspendidas en un líquido a menudo se usan como un sistema modelo para estudiar la cristalización. Durante muchos años, se ha observado una gran discrepancia de hasta diez órdenes de magnitud entre las tasas de nucleación duramente simuladas computacionalmente y medidas experimentalmentecoloides de la esfera. Esta discrepancia generalmente se ha explicado por las simulaciones que no toman en cuenta las interacciones hidrodinámicas las interacciones entre las moléculas de disolvente. Investigadores del Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio, la Universidad de Oxford y la Universidad Sapienza recientementese unieron para explorar más esta explicación de la discrepancia entre las tasas de nucleación reales y calculadas.
La colaboración primero desarrolló un modelo coloidal de esfera dura que podría simular de manera confiable el comportamiento termodinámico experimental de los sistemas reales de esfera dura. Luego, realizaron simulaciones de cristalización del sistema modelo considerando y descuidando las interacciones hidrodinámicas para aclarar el efecto de estas interaccionesen el comportamiento de cristalización.
"Inicialmente diseñamos un modelo de simulación que reproducía con precisión la termodinámica real de los sistemas de esfera dura", dice el autor principal del estudio Michio Tateno. "Esto confirmó la fiabilidad y la idoneidad del modelo para su uso en simulaciones posteriores".
Los resultados de la simulación obtenidos usando el modelo desarrollado descuidando y considerando las interacciones hidrodinámicas revelaron que las interacciones hidrodinámicas no afectaron la velocidad de nucleación, lo que era contrario al consenso prevaleciente. Las parcelas de velocidad de nucleación contra la proporción de esferas duras en el sistema fueron las mismas paracálculos con y sin interacciones hidrodinámicas y también de acuerdo con los resultados informados por otro grupo de investigación.
"Realizamos cálculos utilizando el modelo desarrollado con y sin considerar las interacciones hidrodinámicas", explica el autor principal Hajime Tanaka. "Las tasas calculadas de nucleación de cristales fueron similares en ambos casos, lo que nos llevó a concluir que las interacciones hidrodinámicas no explican enormementediferentes tasas de nucleación obtenidas experimental y teóricamente "
Los hallazgos del equipo de investigación ilustraron claramente que las interacciones hidrodinámicas no son el origen de la gran discrepancia entre las tasas de nucleación experimentales y simuladas. Sus resultados amplían nuestra comprensión del comportamiento de cristalización, pero dejan el origen de esta gran discrepancia sin explicar.
El artículo "Influencia de las interacciones hidrodinámicas en la cristalización coloidal" se publicó en Cartas de revisión física .
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Materiales proporcionado por Instituto de Ciencias Industriales, Universidad de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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