Um novo estudo de dinâmica de evaporação descobriu que gotículas muito pequenas evaporam mais lentamente do que o previsto pelos modelos atuais. Pesquisadores do Instituto de Físico-Química da Academia Polonesa de Ciências (IPC PAS) em Varsóvia, em cooperação com o Instituto de Física do PAS (IP PAS), descreveram o curso da evaporação de gotículas de tamanho micrométrico e nanométrico. O resultado da pesquisa, apresentado no jornal Matéria Macia , é uma equação que prevê com precisão o curso da evaporação de gotículas de diferentes tamanhos e fluidos. A equação tem muitas aplicações, incluindo a construção de modelos climáticos mais precisos e o projeto de motores de combustão interna ou unidades de resfriamento mais eficientes.

"À primeira vista, a desaceleração da evaporação de pequenas gotas pode parecer um efeito de pouca significância. Contudo, cada gota que evapora no meio ambiente primeiro teve que diminuir para o tamanho de micrômetros e depois nanômetros, e, portanto, passou por uma fase de evaporação desacelerada, "diz o Prof. Robert Holyst (IPC PAS), e observa que essa dinâmica molda o clima da Terra em nuvens atmosféricas. “Se levarmos em consideração que o clima é um estado de certo equilíbrio dinâmico no meio ambiente que é relativamente facilmente perturbado mesmo por fatores aparentemente menores, então, a desaceleração da velocidade de evaporação de pequenas gotas passa de um problema em escala de laboratório para um fenômeno global. "

Durante a evaporação, um papel fundamental é desempenhado pelo fluxo de calor entre a gota e o ambiente. Em publicações anteriores, físicos do IPC PAS e IP PAS mostraram que a evaporação começa a ocorrer mesmo quando as diferenças locais de temperatura são de apenas dez milésimos de Kelvin. Contudo, o transporte de energia entre o líquido e o meio ambiente nem sempre tem que estar relacionado à existência de um gradiente de temperatura.

"Quando uma molécula de gás se aproxima de uma superfície de líquido a uma distância de vários a uma dúzia de caminhos livres, ele praticamente para de colidir com outras moléculas em seu ambiente. Neste ponto, uma descrição típica do fenômeno por meio da termodinâmica não é mais suficiente. Perto da superfície do líquido, o transporte de energia ocorre de uma maneira diferente, balisticamente. A molécula de gás simplesmente pega sua energia e atinge a superfície, às vezes várias vezes, "diz o Dr. Marek Litniewski (IPC PAS), coautor da pesquisa.

O comprimento médio do caminho livre de uma molécula no ar (ou seja, da colisão com uma molécula até a colisão com a próxima) é de até 70 nm. Durante a evaporação, a transferência balística de energia começa a desempenhar um papel para moléculas de gás longe da superfície da gota, que na escala do fenômeno deve ser considerado um valor relativamente grande. Surge a pergunta:quanta energia pode ser transmitida desta forma, e como? Embora uma única molécula de gás colida com uma única molécula de líquido, o último é mais forte ou fracamente acoplado com seus vizinhos próximos e distantes. Como resultado, a colisão ocorre entre muitos corpos e sua descrição teórica torna-se complexa.

"Se a queda for grande, sua superfície, do ponto de vista da molécula do gás, será praticamente plana. Portanto, quando tal molécula salta para fora da superfície, pode colidir com outra molécula de gás próxima e atingir a superfície novamente, depositando outra porção de energia nele. A situação muda quando a gota diminui de tamanho e sua superfície se torna cada vez mais curva. A partícula então ricocheteia na superfície geralmente uma vez, depois disso, ele voa para o espaço. A transferência de energia para o interior do líquido é, portanto, menos eficaz. Como resultado, as gotas evaporam mais lentamente quanto menores são, e o processo pode ser desacelerado pelo menos várias vezes, "explica o Prof. Holyst.

As análises e simulações de computador foram apoiadas por experimentos conduzidos em IP PAS pelo Dr. Daniel Jakubczyk. Sob condições cuidadosamente controladas, várias taxas de evaporação de gota única foram medidas. Os experimentos foram realizados para gotas de vários tamanhos e para líquidos, incluindo água e etilenoglicol. Descobriu-se que o modelo proposto pelos físicos do IPC PAS em todos os casos descreveu com precisão o curso do fenômeno. Para estimar a rapidez com que uma gota evaporaria, foi o suficiente para fornecer apenas dois parâmetros:massa da substância e entalpia de evaporação.

"A evaporação ocorre ao nosso redor, sempre e em toda parte. A ciência o estuda há mais de 120 anos, e pensamos que temos um bom entendimento dele. Contudo, quando olhamos para os detalhes do processo de evaporação, de repente vemos o quanto perdemos. Isso nos ensina a humildade e nos incentiva a realizar pesquisas adicionais, "conclui o Prof. Holyst.